表面增强拉曼光谱原位观测Pd单原子的形成及其催化反应过程

【作者】 魏杰； 张华； 李剑锋；

【机构】 厦门大学化学化工学院；

【摘要】 单原子催化剂（SACs）在多相催化反应中扮演着越来越重要的角色。目前表征单原子催化剂的技术有球差较正的高角环形暗场扫描透射电子显微镜（AC-HAADF-STEM）,扩展X-射线精细结构谱（EXAFS）,红外光谱,扫描隧道显微镜等。表面增强拉曼光谱（SERS）具有超高的灵敏度,可使信号增强107–1010倍,甚至可以检测到单分子的信号。SERS成为鉴定和表征单原子的潜在手段。然而,只有Au、Ag、Cu等特定的几种金属才有较高的SERS活性。因此,我们选择性合成了核壳结构的Au@TiO₂和Au@Al₂O₃纳米材料,内核的Au可起到SERS增强的作用,外层的TiO₂和Al₂O₃可作为载体用于负载单原子。我们通过还原法将Pd单原子负载在核壳结构的Au@TiO₂和Au@Al₂O₃表面。苯基异腈（PIC）是一种非常灵敏的探针分子,可用来原位鉴定单原子Pd及观测Pd纳米颗粒的成核过程。然后,我们使用SERS原位观测对硝基苯硫酚（pNTP）转化为对氨基苯硫酚（pATP）的加氢反应过程。动力学研究表明,Pd纳米颗粒的加氢活性高于Pd单原子的加氢活性,Pd纳米颗粒的加氢反应活化能低于Pd单原子的活化能。这个工作启发我们可以开发SERS技术用于研究单原子催化剂,甚至可能可以观测单原子催化剂的反应过程及其中间物种。更多还原