高热稳定性二氧化硅包覆的Au25纳米簇的制备和催化应用

具有独特的电子和几何结构,原子精确控制的金纳米簇(<2 nm)成为一种新的具有广泛研究和应用前景的纳米催化剂.负载在氧化物表面的金纳米簇通常会在高于300°C时聚集或长大.人们已经通过多种方法成功制备了对于非原子精确控制的热稳定性的金纳米颗粒.主要包括利用金属与载体强相互作用,用可还原的金属氧化物来稳定金纳米颗粒；利用物理阻隔作用使用高比表面积的载体或制备核壳、纳米粒子镶嵌在载体中来稳定金纳米颗粒.对于原子精确控制的金纳米簇,由于其外边包覆着一层配体,将其负载到载体上时要保证配体不被破坏才能保证金纳米簇的结构完整性,负载后通常要除去配体才能使催化活性位曝露出来.目前,高热稳定性(>300°C)的金纳米簇的制备方法还较少.由于金与 SiO2相互作用较弱,将超小(<2 nm)的金纳米粒子包覆于其中非常困难.因此,本文首先制备了1.3 nm的含有硅酯键的巯基配体(3-巯丙基三甲氧基硅烷)保护的 Au25SC3H6Si(OCH3)3]18,然后将其在刚成核的 SiO2表面与正硅酸四乙酯共水解,得到了既保留了 Au25的完整结构,又避免了 Au25之间相互水解的 Au25(SC3H6SiO3)18@SiO2纳米材料.漫反射固体紫外-可见光谱证明了 Au25在包覆完成后结构的完整性.透射电镜结果表明, Au25纳米簇焙烧至400°C未发生明显聚集长大.对硝基苯酚还原实验结果表明,不同温度处理后的 Au25@SiO2配体在200°C开始脱除,温度高于传统的负载型 Au25催化剂,表明 Au25是在 SiO2内部而不是在表面,从而使配体不易离去.400°C处理后的 Au25@SiO2对4-硝基苯酚还原表现出最高的反应活性,表明该纳米簇在400°C处理后没有发生明显聚集长大.

Thermally robust silica-enclosed Au25 nanocluster and its catalysis

Well‐defined gold nanoclusters with average size less than 2 nm have emerged as a new and novel catalyst. The gold nanocluster loaded on the oxide surface usually aggregates to larger particles at high temperature (>300 °C), which is caused by the removal of the surface ligands. We herein pre‐sent a novel method to prepare Au25 cluster catalyst (~1.3 nm) with high thermal stability (up to 400 °C). Au25@SiO2 is synthesized via a co‐hydrolyzing reaction of Au25SC3H6Si(OCH3)3]18 and tet‐raethyl orthosilicate, and then it is treated at different temperature (e.g., 200, 300, 400 °C) in air to remove the organic ligands. Au25@SiO2 is well characterized by transmission electron microscopy, ultraviolet‐visible spectroscopy and diffuse reflectance UV‐vis spectroscopy. Further, the Au25@SiO2 catalysts are investigated in the hydrogenation of p‐nitrophenol into p‐aminophenol.