Nature子刊：新方法！碳纳米管“氢公路”测定催化活性位点

金属和金属氧化物沉积在碳纳米管相反的两端。如上示意图a所示，一种金属(红色)能够将氢(黄色)分离到碳纳米管上，然后氢可以穿过金属氧化物(蓝色)。b为含Pd和二氧化钛的纳米管簇通过金属蒸发沉积在两端，然后在氢中400°C下处理1小时的扫描电镜图。(b中的刻度条表示15微米)。c-e为增加放大倍数时，纳米管簇顶部、中部和底部的扫描电镜图。(从上到下刻度条依次表示200、500和250纳米)。f-h 为对应于c-e中的位置的EDS能谱图

由奥克拉荷马大学（University of Oklahoma）研究人员史蒂文•克罗斯利（Steven Crossley）领导的催化研究团队已经开发出一种新型更可靠的方法来确定复杂催化剂中的活性位点。他的团队的研究最近发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

由可还原性氧化物支撑的金属颗粒组成的催化剂在各种当前的和新兴的工业反应，如可再生燃料和化学品的生产中表现出了良好的性能。虽然这种新材料的效果是显而易见的，但确定催化剂活性的原因可能是一项挑战。催化剂往往是通过试验和错误被发现和优化，这使得解耦众多的可能性很困难。这可能导致产生基于推测或间接的证据的决断。

Teigen总统教授和加尔洛格里工程学院(Gallogly College of Engineering)的萨姆•a•威尔逊(Sam a . Wilson)教授，化学工程师克罗斯利解释说：“与置于单独的支撑体上的金属相比，置于活性支撑体上的金属的催化活性和选择性比你期望的更好。主要的挑战在于，当你把这两个部分放在一起时，很难解释其效果如此好的原因。”了解催化活性位点的性质对控制催化剂的活性和选择性至关重要。

克罗斯利采用垂直生长的碳纳米管作为“氢公路”，在分离活性位点的同时保持金属在支架上产生潜在活性位点的能力。为了确定催化活性是来自于载体与金属之间的直接接触，还是来自于金属对氧化物载体的促进作用，克罗斯利的团队在碳纳米管的导电桥上通过控制距离将金属钯与氧化物催化剂钛分离。研究人员向系统中引入了氢气，并证实了氢气能够沿着纳米管移动，在氧化物载体上创造新的潜在活性位点。然后他们测试了这些材料的催化活性，并将其与金属和载体直接接触时相同材料的活性进行了对比。

克罗斯利说:“在三个实验中，我们排除了不同的情况并证明了在这些条件下，钯和钛之间必须有物理接触才能产生甲基呋喃。”

这种碳纳米管“氢公路”可与多种不同的双功能催化剂结合使用。

克罗斯利说:“使用这种简单直接的方法，我们可以更好地理解这些复杂材料的工作原理，并利用这些信息来制造更好的催化剂。”


原文题目：Researchers determine catalytic active sites using carbon nanotubes，原文来自：phys，由材料科技在线团队编译。