近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化與新材料研究室研究員黃延強(qiáng)、中科院院士張濤團(tuán)隊(duì)在調(diào)控費(fèi)托合成反應(yīng)中CO解離的作用機(jī)制方面取得進(jìn)展，研究發(fā)現(xiàn)在還原過(guò)程中Ru納米顆粒(NPs)上形成的TiOx覆蓋層可直接參與C-O鍵的解離，從而顯著提高其在費(fèi)托合成反應(yīng)中的活性。
 

　　費(fèi)托合成反應(yīng)可以將非石油資源(煤、天然氣、生物質(zhì)等)經(jīng)合成氣轉(zhuǎn)化為具有高附加值的燃料或化學(xué)品，為發(fā)展替代能源提供了一條技術(shù)路線。在費(fèi)托合成反應(yīng)中，CO解離并進(jìn)一步加氫形成CHx中間物種的步驟至關(guān)重要，通常發(fā)生在Fe、Co、Ru金屬表面，其中金屬Ru表現(xiàn)出優(yōu)的反應(yīng)性能。然而，Ru基催化劑存在明顯的粒徑效應(yīng)，8 nm左右的Ru NPs才具有較高的費(fèi)托反應(yīng)活性，這嚴(yán)重降低了貴金屬Ru的利用效率。開發(fā)高分散、高活性的Ru基費(fèi)托合成催化劑具有重要的意義。
 

　　該團(tuán)隊(duì)利用金紅石型RuO2與TiO2晶型相同、晶格匹配度高的特點(diǎn)，成功合成了高分散、高穩(wěn)定的Ru/TiO2催化劑，其中Ru NPs粒徑僅為2 nm左右，經(jīng)600 ℃高溫還原處理后粒徑未發(fā)生明顯變化。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)改變催化劑的還原溫度，實(shí)現(xiàn)了金屬-載體強(qiáng)相互作用程度的可控調(diào)節(jié)，獲得了具有不同金屬-載體界面結(jié)構(gòu)的Ru/TiO2催化劑。研究表明，在適宜的金屬-載體界面協(xié)同作用下，約2 nm的Ru NPs可以在溫和條件下(160 ℃)表現(xiàn)出優(yōu)異的費(fèi)托反應(yīng)活性，其TOF值是目前文獻(xiàn)報(bào)道的高值。通過(guò)多種表征技術(shù)并結(jié)合理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)：利用金屬-載體強(qiáng)相互作用形成的TiOx覆蓋層可直接參與C-O鍵的解離，從而顯著提高了Ru基催化劑的費(fèi)托反應(yīng)活性。本工作不僅揭示了金屬-載體強(qiáng)相互作用在費(fèi)托合成反應(yīng)中的催化作用機(jī)制，還為其他高分散金屬催化劑的設(shè)計(jì)提供了新思路。
 

　　該研究成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。本工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“功能納米系統(tǒng)的精準(zhǔn)構(gòu)筑原理與測(cè)量”等的資助。