氧化气氛下氧化钛包裹金纳米颗粒的抗烧结金催化剂

　　负载型金催化剂由于其独特的催化性能，在许多重要的催化反应比如一氧化碳氧化，水汽变换(water gas shift, WGS)，甲烷氧化重整等反应中发挥着重要的作用。但是由于金的塔曼温度较低，在高温反应中很容易烧结导致其反应稳定性能较差。作为在多相催化体系很重要的概念，经典金属载体间强相互作用(strong metal-support interaction, SMSI) 自从Tauster等在二十世纪七十年代末提出来后已经被广泛地研究。经典SMSI 主要适用于铂族金属和具有还原性的氧化物载体。然而和铂族金属不同，长期以来研究人员一直认为金无法产生SMSI效应，并将其原因归结为金较低的功函数和表面能。2017年王军虎研究组和乔波涛研究员&张涛院士合作，首次证明了金与二氧化钛载体之间存在经典SMSI (Sci Adv, 2017, 3, e1700231)。 然而由于经典SMSI是可逆的，即生成的TiOx包裹层在进一步高温氧化气氛(＞400^oC)处理后会消退，导致其无法对金的催化性能产生影响。因此，很有必要开发出一种新的策略以实现含钛的包裹层包裹金颗粒，同时该包裹层在高温氧化气氛下具有很强的耐受性。 

　　本研究发现金纳米颗粒可在氧化气氛下被一层可渗透的TiOx薄层包裹，该条件与经典SMSI的产出条件恰好相反。产生此现象的关键是使用三聚氰胺进行修饰，然后在高温氮气氛下处理，进一步在800^oC空气气氛下焙烧。更重要的是，该TiOx包裹层在进一步(400-600^oC)氧化气氛下焙烧不消失，这也与经典SMSI相反。由于TiOx包裹层的产生，得到的金催化剂具有抗烧结性且表现出很好的活性，同时在WGS反应以及模拟汽车尾气一氧化碳消除反应中表现出很好的稳定性。此外，该策略还可以扩展到二氧化钛负载的金溶胶以及商业的RR2Ti二氧化钛担载金催化剂。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）1W1B-XAFS实验站开展的X射线吸收谱测试，拟合结果发现包裹层产生的同时，生成了新的Au-Ti键，其键长为2.79？。我们推测新生成的Au-Ti可能使包裹层的产生在热力学上更加有利，因此应该是该包裹层产生的驱动力。 

　　本研究为合理设计和开发高稳定性的金催化剂提供了新的策略，相关结果发表于《Nat. Commun.》，并在Nature Research Chemistry Community 作为亮点报道。 

　　发表文章： 

　　Shaofeng Liu, Wei Xu, Yiming Niu, Bingsen Zhang, Lirong Zheng, Wei Liu, Lin Li, Junhu Wang* Ultrastable Au nanoparticles on titania through an encapsulation strategy under oxidative atmosphere. Nature Communications 10 (2019) 5790.