中国科学院大连化学物理研究所合成高活性、高稳定性纳米金催化剂

近日，中国科学院大连化学物理研究所与燕山大学合作，提出了一种兼具高活性以及高稳定性的纳米金催化剂的合成策略。

纳米金催化剂是指以纳米金为活性组分的催化剂，其反应活性跟金颗粒的尺寸密切相关。当颗粒尺寸小于5 nm时，纳米金催化剂能够展现出优异的活性，其在一氧化碳氧化、丙烯环氧化、醇醛的选择性氧化等反应中具有独特的催化性能，被认为是一种极具工业应用前景的催化剂。但该催化剂在高温焙烧或者反应过程(甚至低温反应)中容易烧结或聚集，导致其稳定性较差，极大地限制了其工业应用进程。通过金属载体强相互作用、氧化物包裹、分子筛孔道限制等多种方式，可以极大地改善纳米金催化剂的稳定性，但是这些方法通常以牺牲部分活性位为代价，导致纳米金催化剂活性较差。

该研究团队选择氯金酸作为金源、正硅酸乙酯作为硅源，即金和硅的前躯体，在碱性条件下通过共沉淀的方式将金和硅前躯体一步沉积到氧化钛载体表面，通过高温焙烧得到氧化硅修饰的纳米金催化剂，该方法在制备上实现了金物种和氧化硅物种的原子级混合。通过焙烧形成的氧化硅薄膜包裹的纳米金催化剂，仅有几个原子层厚度。该催化剂具有非常高的抗烧结性能，经过800 ℃高温焙烧后，金颗粒尺寸可以保持在6 nm。同时，该催化剂具有非常高的反应活性，一氧化碳在0 ℃就可以完全被氧化。

实验和理论计算结果表明，氧化硅的包裹不仅可以抑制金颗粒的长大，同时薄层氧化硅与金颗粒形成的丰富的Au-O-Si键可以促进一氧化碳氧化反应过程中氧气的吸附和活化，使催化剂具有极高的活性。该研究为新型高稳定高活性纳米金催化剂的开发提供了新思路。