稳定于碳纳米管的Pt高价态物种在不对称氢化反应中的作用（英文）

碳纳米管的独特性质,特别是其一维有序的管腔结构所形成的限域环境在催化反应中的应用引起了广泛的兴趣.已有将常规的液相氢化反应和气相反应限域于碳纳米管内的研究报道,并且大多数的研究结果显示限域于碳纳米管内的反应活性和/或选择性有明显提高,但多数研究没有对此给出清晰的解释.金鸡纳碱修饰的Pt催化剂催化的α-酮酸酯不对称氢化体系被认为是多相不对称催化领域发展的里程碑.早期的研究是简单的将碳纳米管作为Pt催化剂的载体用于α-酮酸酯不对称氢化反应,取得了中等的活性和对映体选择性.我们研究组发展了一种催化剂制备方法,可选择性的将Pt纳米粒子限域于碳纳米管管腔内或担载在碳纳米管管外,并将所制备的碳纳米管Pt催化剂应用于α-酮酸酯多相不对称催化反应中,发现封装于管腔内的管内型Pt纳米粒子的催化性能显著高于负载在管腔外壁的管外型Pt纳米粒子的催化性能.然而,对于管内型Pt催化剂催化性能增强的原因并不清楚.CO化学吸附和高分辨投射电镜(HRTEM)的表征结果表明管腔内外的Pt纳米粒子的大小和形貌没有明显区别.本论文在上述研究基础上,采用X射线光电子能谱(XPS),氢气程序升温脱附(H2-TPD),紫外可见光谱(UV-Vis)等表征手段研究了Pt纳米粒子担载于碳纳米管内和管外形成的催化剂在α-酮酸酯的不对称氢化反应中催化性能差异的原因.XPS测试结果表明,管内型和管外型Pt催化剂的载体的碳物种分布没有显出差异,但催化活性中心Pt纳米粒子的Pt物种组成不同.经225 oC H2还原后管外型Pt催化剂不存在高氧化态的Pt物种,而管内型Pt催化剂在400 oC H2还原仍然具有7%的高氧化态Pt物种.相应的催化反应结果表明,具有这种稳定的高氧化态Pt物种有利于获得高对映体选择性.参比催化剂商业化的Pt/AC和Pt/Al2O3的XPS测试结果也表明,对映体选择性高的Pt/Al2O3催化剂具有较高含量的高氧化态Pt物种.同时我们发现高氧化态Pt物种有利于催化剂对手性修饰剂和反应底物的吸附.虽然文献中一般认为Pt0是该反应的活性中心,但我们认为这些高氧化态的Pt物种有利于纳米粒子和手性修饰剂之间的相互作用,从而提高反应的对映选择性.我们进一步研究了表明高氧化态的Pt物种能存在于碳纳米管管腔内的原因.发现在催化剂制备过程中所使用的还原剂甲酸钠中残留的钠离子能稳定碳纳米管管腔内高氧化态Pt物种.我们采用H2直接还原制备了不含钠离子的参比管内型Pt催化剂.该参比催化剂的对映体选择性与管外型Pt催化剂相当,明显低于管内型Pt催化剂.同时该参比催化剂对手性修饰剂和底物的吸附能力弱于管内型Pt催化剂.以上结果清晰的表明了碳纳米管内由钠离子稳定的高氧化态Pt物种在α-酮酸酯多相不对称催化反应中的重要作用.然而,我们发现高氧化态Pt+物种含量的差异并不能很好的解释管内型和管外型Pt催化剂反应活性的差异.H2-TPD的结果表明相比于管外型Pt纳米粒子催化剂,管内型Pt纳米粒子具有更高的活化氢分子的能力,相应的催化反应结果表明,管外型Pt催化剂的反应活性随H2压力的降低而显著降低,而管内型Pt催化剂在0.1 MPa H2条件下仍然具有较高活性.简单的动力学模拟结果表明,在0.1 MPa H2条件下,碳纳米管管腔能显著富集H2.     

碳纳米管限域效应对肉桂醛选择加氢产物分布的影响

碳纳米管因其独特的电子结构和性能引起了研究者们广泛的兴趣,尤其是它有序的纳米级管腔结构,可以为催化剂和催化反应提供一种独特的一维限域环境.碳纳米管的限域效应主要由于其管腔几何和电子结构可以使反应物发生富集、对金属纳米颗粒的尺寸限制以及对电子结构的调变作用.一系列研究表明,碳纳米管的限域效应可以对催化剂的活性进行调变,但是对产物选择性的影响方面研究得较少,特别是管径小于4 nm的碳纳米管的限域体系.因此,本文以肉桂醛选择性加氢反应为探针,研究限域效应对产物选择性的影响规律.采用管径为1–3 nm的碳纳米管,基于气相填充的方法将Ru纳米团簇分散于碳纳米管的管腔中,得到碳纳米管限域的Ru催化剂(Ru@CNT);采用浸渍法制备了碳纳米管管外壁负载的催化剂(Ru/CNT)来进行对比.肉桂醛含有共轭的C=C和C=O键,由于C=C键能低于C=O,前者更易发生加氢反应.结果表明,分散在碳纳米管外壁的Ru催化剂可以催化肉桂醛中的C=C加氢,得到氢化肉桂醛(HCAL);而Ru@CNT催化剂不仅可以催化C=C加氢得到氢化肉桂醛HCAL,还可以催化C=O键加氢得到肉桂醇,以及氢化肉桂醇. 通过高分辨透射电镜、拉曼、程序升温还原、程序升温脱附对催化剂进行了表征.发现碳纳米管限域的纳米团簇金属颗粒的粒径大约为1–2 nm,与管外负载的金属颗粒相近,但是Ru@CNT催化剂上仍有部分金属纳米团簇分布在管外壁,这可能是Ru@CNT催化剂上有C=C键加氢产物的一个原因.碳纳米管独特的限域效应促进了Ru物种的还原,在H2气氛下管内Ru物种的还原温度比管外低20oC.金属与碳纳米管的内、外壁之间的电子相互作用,纳米管腔的空间限制作用及管腔富集作用可能是产物分布产生差异的原因.     

碳纳米管限域效应对肉桂醛选择加氢产物分布的影响（英文）

碳纳米管因其独特的电子结构和性能引起了研究者们广泛的兴趣,尤其是它有序的纳米级管腔结构,可以为催化剂和催化反应提供一种独特的一维限域环境.碳纳米管的限域效应主要由于其管腔几何和电子结构可以使反应物发生富集、对金属纳米颗粒的尺寸限制以及对电子结构的调变作用.一系列研究表明,碳纳米管的限域效应可以对催化剂的活性进行调变,但是对产物选择性的影响方面研究得较少,特别是管径小于4 nm的碳纳米管的限域体系.因此,本文以肉桂醛选择性加氢反应为探针,研究限域效应对产物选择性的影响规律.采用管径为1-3 nm的碳纳米管,基于气相填充的方法将Ru纳米团簇分散于碳纳米管的管腔中,得到碳纳米管限域的Ru催化剂(Ru@CNT);采用浸渍法制备了碳纳米管管外壁负载的催化剂(Ru/CNT)来进行对比.肉桂醛含有共轭的C=C和C=O键,由于C=C键能低于C=O,前者更易发生加氢反应.结果表明,分散在碳纳米管外壁的Ru催化剂可以催化肉桂醛中的C=C加氢,得到氢化肉桂醛(HCAL);而Ru@CNT催化剂不仅可以催化C=C加氢得到氢化肉桂醛HCAL,还可以催化C=O键加氢得到肉桂醇,以及氢化肉桂醇.通过高分辨透射电镜、拉曼、程序升温还原、程序升温脱附对催化剂进行了表征.发现碳纳米管限域的纳米团簇金属颗粒的粒径大约为1-2 nm,与管外负载的金属颗粒相近,但是Ru@CNT催化剂上仍有部分金属纳米团簇分布在管外壁,这可能是Ru@CNT催化剂上有C=C键加氢产物的一个原因.碳纳米管独特的限域效应促进了Ru物种的还原,在H_2气氛下管内Ru物种的还原温度比管外低20oC.金属与碳纳米管的内、外壁之间的电子相互作用,纳米管腔的空间限制作用及管腔富集作用可能是产物分布产生差异的原因.     

钙钛矿型氧化物负载纳米金属催化剂结构的动态调变及其催化氧化CO反应性能

研究了钛酸钡和钛酸钙担载的Ag和Pt纳米催化剂的表面结构随氧化-还原处理过程的动态变化及其对CO完全氧化反应性能的影响.发现氧化物担载的Ag催化剂在氧化处理后其催化活性较还原处理的高; X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,氧化处理能够提高载体表面Ag颗粒的分散度,而还原处理导致Ag颗粒的聚集,从而降低了催化氧化CO反应的活性.氧化-还原处理改变了担载Ag纳米粒子的尺寸并影响其CO氧化反应活性.与此相反,氧化物担载的Pt催化剂在还原处理后所表现出的CO氧化反应活性较氧化处理的高; 对比研究发现,氧化和还原处理后Pt纳米粒子的尺寸基本相同,但是氧化处理的样品中Pt表面物种以氧化态为主,而还原处理后Pt表面物种主要为金属态.Pt纳米粒子表面化学状态随氧化-还原处理的调变是导致表面催化活性差异的主要原因.     

金属/金属氧化物纳米粒子在不对称氢化和氢转移反应中的应用研究进展

近年来,金属/金属氧化物纳米粒子催化的不对称氢化和氢转移反应已经成为催化领域的前沿和研究热点之一. 金属/金属氧化物纳米粒子的催化模式类似于“纳米反应器”,底物可以通过有机包覆层扩散至催化中心,局部的高催化剂浓度通常可以极大地提高催化反应转换数（TON）和转化频率（TOF）. 在以纳米金属为催化活性中心方面,Orito纳米铂体系获得最多的关注,科学家们从手性修饰剂的结构改造、催化剂载体的选择、不同的反应介质、纳米催化剂的形貌和催化反应机理等方面开展了较为系统的研究,并取得重要进展. 此外,纳米钯、铑、钌、铱和铁等金属纳米催化剂也在烯烃、酮和亚胺等化合物的不对称氢化和氢转移反应中表现出良好的催化性能,特别是纳米铱和铁催化剂已获得95%以上的对映选择性. 在金属/金氧化物纳米粒子为催化剂载体方面,其催化不对称氢化及氢转移反应的效率及对映选择性可与均相催化剂相媲美,同时还解决了均相催化剂难于回收再循环的缺陷. 本文简要介绍了近年来手性金属纳米催化剂在不对称氢化和氢转移反应领域的研究进展,讨论了相关反应的催化机理,并对该领域仍存在的问题和未来的发展方向进行了展望.     

负载型Pt模型催化剂中Pt纳米粒子的形貌对CO氧化活性的影响

采用简单的化学还原法制备了具有不同形貌特征的Pt纳米粒子,并利用浸渍法将其负载到SiO2上,得到了粒子分散均一的负载型Pt催化剂,考察了其催化CO氧化反应性能.X射线荧光分析、X射线光电子能谱、红外光谱和透射电镜结果表明,Pt/SiO2模型催化剂上CO氧化活性的不同来源于Pt纳米粒子不同晶面的贡献,即Pt纳米粒子的晶型...     

离子液中金鸡纳碱稳定的Pt纳米粒子催化α-酮酸酯不对称加氢

在金鸡纳生物碱稳定剂存在下,通过简便的H_2还原PtO_2可以高效的在咪唑鎓盐离子液体中制备铂纳米颗粒(Pt NPs).TEM表明获得了平均粒径约1.78 nm且分散良好的Pt NPs.在金鸡纳生物碱的修饰下, Pt NPs催化剂在α-酮酸酯的不对称氢化中表现出优异的活性和对映选择性.在辛可尼定稳定和修饰作用下,丙酮酸乙酯催化不对称加氢TOF可达4640 h~(-1),α-酮酸酯的多相对映选择性氢化中ee值可达70.0%～80.1%.研究表明稳定剂和修饰剂手性中心、立体构型及空间位阻等特性协同影响不对称催化诱导能力.BMIMPF_6与乙酸的溶剂组合也是实现高活性及对映选择性的必要条件.催化剂可以重复使用多次,且活性和对映选择性没有明显降低.     

手性钛配合物催化不对称反应研究

手性钛配合物是一类很有用的手性催化剂,在许多反应中显示出了良好的催化活性和高的对映选择性。在我们研究的系列反应中,发现手性钛配合物是一类优良的手性催化剂,其中不对称催化杂Diels-Alder反应制备二氢吡喃酮(99%ee),不对称催化硫醚氧化成亚砜反应(96%ee)和不对称催化硅腈化反应(87%ee),都获得了好的催化活性和高的对映选择性。我们对以上反应中其催化剂的用量、溶剂、催化剂浓度和抗衡离子的Lewis酸碱性、底物的结构与对映选择性的关系、催化循环机理等进行了较系统、深入的研究,发现非共价相互作用和分子识别现象在不对称催化反应中显示出重要的作用,为进一步设计新的手性催化剂,发展不对称催化反应提供了基础数据。     

团聚铂纳米粒子电极在甲醇氧化中的电催化特性

用H2还原法并以Nafion作为稳定剂合成团聚的Pt纳米粒子，附载于玻碳表面制备电催化剂.透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）表征结果指出,团聚Pt纳米粒子的平均尺寸约为400 nm.运用电化学循环伏安法(CV)和原位傅立叶变换红外反射光谱（in situ FTIRS）研究甲醇的氧化过程，发现团聚Pt纳米粒子电极具有较高的电催化活性.原位FTIRS研究结果检测到甲醇在所制备的电催化剂上氧化的中间体为线型吸附态CO物种，其红外吸收给出异常红外效应的光谱特征.     

酸洗Pt-Fe和Pt-Co催化剂在CO氧化反应中的对比研究

负载型纳米催化剂表面结构与其催化性能之间关系的研究一直受到广泛关注.由于其结构复杂使得人们在研究催化剂构效关系时遇到了很多困难.近年来,大量研究发现反转催化剂在众多反应中表现出优越的催化性能.反转催化剂是将过渡金属氧化物负载于其它金属表面.和传统金属/氧化物催化剂相比,反转催化剂更能突出氧化物在催化反应中的重要作用.众多研究表明,在氧化物-金属界面处存在特殊的作用,这种作用可以改变氧化物的电子特性和化学性质,进而产生较高的催化性能.傅强等人创建了金属氧化物负载于Pt表面的反转催化体系,其表现出了高的低温CO氧化反应性能.在氧化物和Pt之间的界面限域效应可以稳定氧化物中配位不饱和的金属阳离子.这种配位不饱和的氧化物提供了活化O2的活性位.目前,反转催化剂的研究主要集中在单晶模型体系中,在负载型催化剂中的研究还较少.我们以炭黑(CB)为载体,将还原后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂经过酸洗制备了一种表面富Pt核为合金的结构.考察了酸洗后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂经过不同温度氧化后的结构变化,并讨论了其结构与CO完全氧化反应(COOX)和CO选择氧化反应(CO-PROX)性能的关系.X射线粉末衍射(XRD),电感耦合等离子体发射光谱(ICP),透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,还原后的Pt基催化剂经过酸洗可以选择性去除纳米粒子表面的3d过渡金属,形成表面富Pt体相为合金的结构.将酸洗后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂在不同温度下空气中氧化,发现近表层的Fe(Co)会扩散到粒子表面上,形成过度氧化的Fe2O3(Co3O4)表面结构.氧化后的催化剂在COOX和CO-PROX反应中表现出截然不同的催化性能.酸洗后的Pt-Fe(Pt-Co)催化剂经过不同温度氧化后在COOX反应中活性都较差,室温下的CO转化率只有不到30%,CO完全转化的温度超过100oC,相当于纯Pt催化剂的活性.这说明Pt表面过度氧化的Fe2O3(Co3O4)对CO氧化反应的促进作用不明显.而氧化后的催化剂在CO-PROX反应中表现出较高的活性,250oC(或350oC)氧化后的酸洗Pt-Fe催化剂室温下的CO转化率接近100%,250oC(或350oC)氧化后的酸洗Pt-Co催化剂室温下的CO转化率也达到了70%.结合表征和反应结果,我们认为氧化处理形成的表面过度氧化的金属氧化物(Fe2O3,Co3O4)在COOX的催化性能较差.通入CO-PROX反应气后,气氛中大量H2的存在和Pt表面的氢溢流效应可以使得表面Fe2O3,Co3O4在室温下被还原成配位不饱和的FeO,CoO.这种配位不饱和的氧化物在表面Pt的限域作用和大量H2气氛下比较稳定,并且具有较强的活化解离O2的能力,进而提高了CO-PROX反应的活性.为了进一步证实催化剂表面氧化物与其催化性能的关系,我们在室温下进行了两种反应气的循环实验测试.测试结果表明,对于氧化后的酸洗Pt-Fe催化剂,COOX反应中的表面Fe2O3和CO-PROX反应中的表面FeO可以通过变换反应气氛实现两种氧化物的相互转变,并表现出完全不同的催化性能.对于氧化后的酸洗Pt-Co催化剂,CO-PROX反应中形成的CoO表面结构在COOX反应中也比较稳定,在两种反应气中表现出相似的催化性能.     

Effect of confinement in carbon nanotubes on the activity of Fischer-Tropsch iron catalyst

Following our previous findings that confinement within carbon nanotubes (CNTs) can modify the redox properties of encapsulated iron oxides, we demonstrate here how this can affect the catalytic reactivity of iron catalysts in Fischer-Tropsch synthesis (FTS). The investigation, using in situ XRD under conditions close to the reaction conditions, reveals that the distribution of iron carbide and oxide phases is modulated in the CNT-confined system. The iron species encapsulated inside CNTs prefer to exist in a more reduced state, tending to form more iron carbides under the reaction conditions, which have been recognized to be essential to obtain high FTS activity. The relative ratio of the integral XRD peaks of iron carbide (Fe(x)C(y)) to oxide (FeO) is about 4.7 for the encapsulated iron catalyst in comparison to 2.4 for the iron catalyst dispersed on the outer walls of CNTs under the same conditions. This causes a remarkable modification of the catalytic performance. The yield of C5+ hydrocarbons over the encapsulated iron catalyst is twice that over iron catalyst outside CNTs and more than 6 times that over activated-carbon-supported iron catalyst. The catalytic activity enhancement is attributed to the effect of confinement of the iron catalyst within the CNT channels. As demonstrated by temperature-programmed reduction in H2 and in CO atmospheres, the reducibility of the iron species is significantly improved when they are confined. The ability to modify the redox properties via confinement in CNTs is expected to be of significance for many catalytic reactions, which are highly dependent on the redox state of the active components. Furthermore, diffusion and aggregation of the iron species through the reduction and reaction have been observed, but these are retarded inside CNTs due to the spatial restriction of the channels.     

纳米三氧化钨复合催化剂的制备及对甲醇电催化性能

采用浸渍沉淀法制备出WO₃-碳纳米管(WO₃-CNTs)纳米复合材料, 微波辅助乙二醇法在其表面负载活性成分Pt, 得到纳米Pt/WO₃-CNTs 催化剂. 采用X射线衍射(XRD), 透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对催化剂的结构和形貌进行表征, 结果表明Pt 纳米粒子为面心立方晶体结构, 粒径大小在3-5 nm之间, 均匀地分布在WO₃-CNTs 纳米复合材料表面, 同时发现催化剂中的Pt 主要以金属态的形式存在. 采用循环伏安和计时电流法研究了在酸性溶液中Pt/WO₃-CNTs 催化剂对甲醇的电催化氧化性能, 结果表明Pt/WO₃-CNTs 催化剂比用硝酸处理的碳纳米管载铂催化剂(Pt/CNTs)对甲醇呈现出更高的电催化氧化活性和抗CO中毒性能.     

High‐Efficiency Encapsulation of Pt Nanoparticles into the Channel of Carbon Nanotubes as an Enhanced Electrocatalyst for Methanol Oxidation

Pt‐based nanostructures serving as anode catalysts for the methanol oxidation reaction (MOR) have been widely studied for many years. Nevertheless, challenging issues such as poor reaction kinetics and the short‐term stability of the MOR are the main drawbacks of such catalysts and limit their applications. Herein, we have developed a facile approach to encapsulate Pt nanoparticles (NPs) inside the nanochannels of porous carbon nanotubes (CNTs; Pt‐in‐CNTs) as a new enhanced electrocatalytic material. The as‐prepared CNTs offer simultaneously ordered diffusion channels for ions and a confinement effect for the NPs, which both facilitate the promotion of catalytic kinetics and avoid the Ostwald ripening of Pt NPs, thus leading to high activity and durable cycle life as an anode catalyst for MOR. This work provides a new approach for enhancing the stability and activity by optimizing the structure of the catalyst, and the Pt‐in‐CNTs represent the most durable catalysts ever reported for MOR.     

碳纳米管电极上原位沉积Pt纳米颗粒

 本文利用原位离子交换法制备了碳纳米管(CNTs)载铂(Pt/CNTs)电极. X射线光电子能谱分析表明, Pt通过离子交换载于电化学功能化的CNTs表面. 扫描电镜照片显示, Pt高度分散于CNTs表面. X射线衍射分析表明, Pt的粒径约为4.0 nm. 离子交换法所制Pt/CNTs电极的电化学表面积和Pt的利用率均大于传统Pt/CNTs电极(Pt粒径约为2.5 nm), 其对氧还原的催化活性高于传统电极. 这归因于离子交换法所制电极的特殊结构,即Pt普遍载于电化学活性位上.     

激光溅射法制备Pt/CNTs催化剂用于邻氯硝基苯的液相加氢反应

采用激光溅射法制备了碳纳米管负载铂(Pt/CNTs)催化剂, 并利用透射电子显微镜(TEM)、X射线能量散射谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段研究了Pt粒子在碳纳米管表面存在的状态、组成、结构等性质. 讨论了Pt/CNTs催化剂的不同制备条件对催化剂结构的影响, 并考察了催化剂对邻氯硝基苯液相加氢合成邻氯苯胺反应的加氢性能. 研究结果表明, 在激光电压为250 V, 绝对压力为300 Pa, 载体温度为25 ℃条件下制备的Pt/CNTs催化剂, 在不加脱卤抑制剂, 反应温度为60 ℃和氢气压力为1.0 MPa的条件下, 邻氯硝基苯转化率可以达到99.7%以上, 邻氯苯胺选择性可达到98.2%以上, 表现出较高的加氢性能和抑制脱卤性能.     

Pt/TiO_2催化剂上的氢—氧作用 Ⅰ.氢、氧的吸咐—脱附行为以及相互促进作用

本文采用程序升温脱附(TPD)技术研究了光沉积方法制备的Pt/TiO_2催化剂经过氧化、还原后氧、氢的脱附行为.光沉积过程中,Pt/TiO_2表面上可以生成大量的吸咐氢,在TPD中脱附;同时Pt/TiO_2表面上化学吸附的水在TPD过程中也可以分解释氢.氧化处理的Pt/TiO_2在TPD过程中于550～750K温区出现氧脱附峰,随着氧化温度升高,脱附峰位向高温移动,经实验证明,这种可脱附活泼氧物种的生成是由样品前身中留存氢引起的.还原处理的Pt/TiO_2在TPD过程中分别在300～600和大于600K出现两个氢脱附峰,认为是由于表面羟基和钛—氢(Ti~(4+)—H~-)物种的分解释氢引起的Pt/TiO_2上活泼氧物种的存在,增加了样品在室温条件下的吸氢量;在中温(473～573K)这种活泼氧物种则和氢发生反应,减少了TPD过程中的脱氢量;Pt/TiO_2在大于673K温度还原,可以消除活泼氧物种的影响.     

Pt/CNTs催化剂的制备及其催化臭氧化活性研究

以碳纳米管(CNTs)为催化剂载体, 以H₂PtCl₆•6H₂O为贵金属活性组分前驱物, 采用等体积浸渍法制备了Pt/CNTs催化剂. 以草酸为目标污染物, 考察了所制备催化剂的催化活性, 并采用SEM, XRD和XPS等分析方法对催化剂进行表征. 对活性组分Pt的负载量、氢还原温度和热处理方式进行了研究, 确定了适宜的制备条件为Pt负载量1.0%、氢还原温度350 ℃. 研究表明, 在本实验条件下, 单独臭氧氧化、碳纳米管载体催化臭氧化和Pt/CNTs催化臭氧化分别能去除溶液中3.0%, 72.9%和97.9%的草酸. Pt的负载明显地提高碳纳米管催化臭氧化的效果. XRD分析显示催化剂的活性组分Pt以单质Pt⁰的形式存在; 与氢还原过程相比, 在空气气氛中焙烧制备的Pt/CNTs催化剂表面Pt的结晶度过高, 而且XPS结果表明此催化剂表面的Pt有化学吸附氧存在, 导致催化活性降低.     

Absorption and Structural Property of Ethanol/Water Mixture with Carbon Nanotubes

Molecular dynamics (MD) simulations are performed to study the structure and adsorption of ethanol/water mixture within carbon nanotubes (CNTs). Inside the (6,6) and (10,10) CNTs, there are always almost full of ethanol molecules and hardly water molecules. Inside wider CNTs, there are some water molecules, while the ethanol mass fractions inside the CNTs are still much higher than the corresponding bulk values. A series of structural analysis for the molecules inside and outside the CNTs are performed, including the distributions of radial, axial, angular density, orientation, and the number of hydrogen bonds. The angular density distribution of the molecules in the first solvation shell outside the CNTs indicates that the methyl groups of ethanol molecules have the strongest interaction with the carbon wall, and are pinned to the centers of the hexagons of the CNTs. Based on the understanding of the microscopic mechanism of these phenomena, we propose that the CNTs prefer to contain ethanol rather than methanol.     

Controlling the Oxidation State of Pt Single Atoms for Maximizing Catalytic Activity

Single-atom catalysts (SACs) have emerged as promising materials in heterogeneous catalysis. Previous studies reported controversial results about the relative level in activity for SACs and nanoparticles (NPs). These works have focused on the effect of metal atom arrangement, without considering the oxidation state of the SACs. Here, we immobilized Pt single atoms on defective ceria and controlled the oxidation state of Pt SACs, from highly oxidized (Pt⁰: 16.6 at %) to highly metallic states (Pt⁰: 83.8 at %). The Pt SACs with controlled oxidation states were then employed for oxidation of CO, CH₄, or NO, and their activities compared with those of Pt NPs. The highly oxidized Pt SACs presented poorer activities than Pt NPs, whereas metallic Pt SACs showed higher activities. The Pt SAC reduced at 300 °C showed the highest activity for all the oxidations. The Pt SACs with controlled oxidation states revealed a crucial missing link between activity and SACs.     

Density functional theory study on the possibility of Si‐, Ge‐, and Sn‐doped carbon nanotubes as efficient support materials for platinum

PBEPBE‐D3 calculations were performed to investigate how platinum (Pt) interacts with the internal and external surfaces of single‐walled pristine, Si‐, Ge‐, and Sn‐doped (6,6) carbon nanotubes (CNTs). Our calculations showed that atomic Pt demonstrates stronger binding strength on the external surfaces than the internal surface adsorption for the same type of nanotube. In cases of external surface adsorptions, Si‐, Ge‐, and Sn‐doped CNTs show comparable binding energies for Pt, at least 1.40 eV larger than pristine CNT. This enhancement can be rationalized by the strong covalent interactions between Pt and X? C (X = Si, Ge, and Sn) pairs based on structural and projected density of states analysis. In terms of internal surface adsorptions, Ge and Sn doping could significantly enhance the binding of Pt. Pt atom shows much more delocalized and bonding states inside Ge‐ and Sn‐doped CNTs, indicating multiple‐site interaction pattern when atomic Pt is confined inside the nanotubes. However, the internal surface of Si‐doped CNT presents limited enhancement in Pt adsorption with respect to that of pristine CNT because of their similar binding geometries. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.