ZIFs金属节点与贵金属纳米粒子在CO催化氧化中的协同作用

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金属有机框架材料(MOFs)是由有机配体通过配位键与金属离子或者多核金属簇形成的有机无机杂化材料。其高比表面积,多孔性,明确的晶体学骨架结构以及一定的化学和热稳定性等优良性质使得该杂化材料在很多领域得以应用。其在催化领域的应用尤为广泛。近几年通过各种方法制备的MOFs负载金属纳米粒子,代替了传统的氧化物载体成为令人青睐的复合材料。并作为新的负载型催化剂得到了深入的研究。ZIF是一种经典的沸石型MOF。其中,ZIF-67和ZIF-8具有相同的晶体结构和有机配体,只有中心金属不同。  本论文利用湿化学浸渍原位还原法制备了ZIF-67@M NPs和Z1F-8@M NPs(M=Pd,Pt,Au)两种催化剂体系。得到的贵金属纳米粒子均匀地分布在载体上,粒径均一,约为3.3nm左右。负载纳米粒子后,MOF的比表面积下降,结合高分辨的透射电镜,发现纳米粒子在ZIF的内部和表面均有分布。粉末XRD的结果表明负载纳米粒子后的ZIF的晶体骨架结构保持完整。催化剂的一氧化碳催化氧化的活性测试结果显示,ZIF-67系列催化剂的催化活性整体高于ZIF-8的催化活性。且各催化体系的活性顺序均满足:Pd>Pt>Au。以DFT(密度泛函理论)模拟计算了贵金属纳米颗粒与载体间的电荷转移方向和电荷的转移量,并给出了一氧化碳分子CO和氧原子O在M(111)-ZIF表面上的吸附性能。投影态密度(PDOS)的结果确定了催化剂的d带中心能量位置,其越接近于费米能级,催化活性就越高。利用理论及实验结果对ZIF中的中心金属节点与负载的纳米粒子之间的协同催化作用加以阐释。本论文对MOF载体与金属纳米粒子之间协同作用提供了理论研究方法及解释,提高了人们对协同催化作用的认识。
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