负载型金属催化剂原子级表征及研究进展

白 羽 满 毅 柳 颖 杜雪丽

(中国石油化工股份有限公司北京化工研究院分析研究所,北京 100013)

1 引言

随着社会的不断进步和科技的飞速发展，催化剂在人们日常生活中的地位显著提高，尤其在与人们生活息息相关的领域，例如石油冶炼[1]、有机合成[2]、环境污染的防治[3]等方面，化工产品数量和质量的提高也意味着对催化剂要求的不断提高。负载型金属催化剂在化学反应中只降低反应的活化能，不改变其在反应前后的种类和数量的属性，使得这种催化剂在化工行业中起到至关重要的作用[4]，例如乙炔的选择性加氢制乙烯反应[5]、水汽转化反应[6]、催化脱氢反应[7]等。

负载型金属催化剂主要由载体和金属化合物配合而成。这种催化剂具有选择性高、活性高、稳定性高、腐蚀性小的特点，并且可以重复利用[8，9]。这些性能与催化剂结构也有很大关系。为了探究其性能和结构的关系，则需要通过多种表征手段分析。传统的表征方法目前能对不同种催化体系得到较好的剖析，例如场发射扫描电镜(SEM)可以探究催化剂的表面形貌和大小[10]，X射线光电子能谱(XPS)可以探究负载催化剂表面的化学状态[11]。而对于许多依赖于表面和界面过程的催化剂来说，其原子级别结构是极其重要的。因为这些表面和界面的独特特性通常来自于它们与本体结构的尺度偏差。在非均相催化剂中，负载型金属催化剂从纳米颗粒到(亚)纳米团簇，再到单原子，其微观几何结构、表面金属原子的化学配位环境和电子结构发生了重大的变化，不仅可以显著改善催化反应活性和选择性，还能够极大地提高金属的原子利用率[12]。……