Forscher enthüllen wasserunterstützte oxidative Redispergierung von Metallnanopartikeln

Die oxidative Redispergierung bei erhöhten Temperaturen wird seit langem in der heterogenen Katalyse zur Regeneration von Sintermetallkatalysatoren und zur Synthese von Einzelatom- und Clustermetallkatalysatoren eingesetzt. Diese Redispergierungsprozesse erfordern einen erheblichen Energieaufwand. Daher bleibt die Suche nach umweltfreundlichen und energieeffizienten Redispersionsstrategien eine dringende Priorität.

Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Fu Qiang vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) entdeckte eine wasserunterstützte oxidative Redispergierung von Cu-Partikeln durch Hydroxidbildung von Cu bei Raumtemperatur (RT). Die Studie wurde veröffentlicht in Natürliche Kommunikation.

Die Forscher fanden heraus, dass Cu-Nanopartikel auf der Oberfläche von γ-Al getragen wurden₂Oh₃ könnte sich bei Raumtemperatur spontan redispergieren. Sie bestätigten, dass die Hydroxylierung der Trägeroberfläche in einer feuchten Umgebung und die Bildung von Cu-OH-Spezies die Schlüsselfaktoren waren, die zur RT-Redispersion von Cu-Nanopartikeln auf γ-Al führten.₂Oh₃ Oberflächen. Das Ö₂ und H₂O führte zur Bildung hydroxylierter Cu-Spezies und beschleunigte die Diffusion von Cu-Atomen auf γ-Al₂Oh₃ Oberfläche.

Darüber hinaus sind die meisten Trägeroberflächen wie γ-Al₂Oh₃SiO₂und CEO₂könnte in einer feuchten Atmosphäre eine Hydroxylierung eingehen, um reichlich Oberflächen-OH-Gruppen zu bilden, die wandernde Cu-Spezies einfangen.

Die „Push“- (Migration) und „Pull“- (Verankerungs-)Effekte von gasförmigem H₂O erleichterte die strukturelle Umwandlung von Cu-Spezies von Cu-Nanopartikeln in einzelne Cu-Atome bei Raumtemperatur und steigerte dadurch deren katalytische Aktivität bei der umgekehrten Wasser-Gas-Shift-Reaktion (RWGS) und der bevorzugten Oxidation von Kohlenmonoxid (CO-PROX).

Diese Studie betonte die wichtige Rolle von H₂O in der dynamischen Strukturentwicklung von geträgerten Metallnanokatalysatoren und entwickelte eine einfache Strategie für die Redispergierung gesinterter Cu-basierter Katalysatoren bei Raumtemperatur unter Verwendung von O₂-H₂O-Behandlung, wodurch der Energieverbrauch herkömmlicher Hochtemperatur-Regenerationsprozesse vermieden wird.

„Wasser ist in der heterogenen Katalyse weit verbreitet, und sein Einfluss auf die dynamische Strukturentwicklung von trägergestützten Metallnanokatalysatoren kann nicht ignoriert werden. Der möglichen Redispergierung/Sinterung von Metallen unter wasserhaltigen Bedingungen sollte mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden“, sagte Professor Fu.