大連化物所納米限域催化理論研究取得新進展

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員肖建平、潘秀蓮和中科院院士包信和等基于碳納米管的納米限域催化理論研究取得新進展，相關結果在日前出版的《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 477?482）發表，并被選為亮點（spotlight）文章（J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1?1）。

　　該團隊的實驗研究發現，由彎曲石墨烯片構成的碳納米管納米級管腔，可導致組裝在其內部的金屬納米粒子的特性發生變化，并可能改變分子吸附活化模式甚至反應路徑，從而調變催化反應的性能（PNAS 2013, 100, 14861； Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 317； Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4500； J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9414； Nat. Mater. 2007, 6, 507等），據此，率先提出了碳納米管的“協同限域催化”新概念（ChemComm., 2008, 6271-6281、Acc. Chem. Res. 2011, 44, 553）。近年來，該團隊進一步采用密度泛函理論（Density Functional Theory），并與實驗相結合，研究了碳納米管的限域效應對一系列過渡金屬Fe、FeCo、RhMn、Ru等電子結構及其催化性能調變作用的規律和本質，所提出的限域能的概念可用于預測限域對催化反應性能的調變作用。結果表明，具有獨特電子結構的納米空間形成了一種獨特的限域微環境，導致限域金屬的d帶中心往下移，減弱了CO、N2、和O2等分子的解離吸附，導致催化反應的火山型曲線向高結合能的方向偏移，偏移程度與金屬種類和碳納米管的管徑相關。該研究結果驗證了實驗上觀察到的限域效應對限域金屬氧化還原性能，對CO加氫反應、NH3分解和合成氨等反應的不同調變規律，為未來高效納米催化劑的設計提供了重要的科學參考。

　　以上研究得到了國家自然科學基金委、科技部和中科院先導專項等相關項目的資助。

大連化物所納米限域催化理論研究取得新進展