负载型催化剂中纳米颗粒易于团聚是科学研究和实际应用中急需解决的问题之一。那么纳米颗粒是否有可能发生“由大变小”的再分散过程呢？近日，浙江大学化学系王勇教授团队发现了炭载体表面Mo纳米颗粒的再分散现象，通过再分散得到了亚纳米级别的Mo纳米催化剂。

金属纳米颗粒在多相催化中备受关注。粒径大小是影响纳米颗粒催化性能的一个重要参数，许多情况下粒径越小，表面暴露的原子个数所占比例越高，其催化性能会更加优异。但较小的纳米颗粒由于表面能过大，易于发生团聚。催化剂载体可用于锚定纳米颗粒，阻碍其团聚，但烧结现象仍难以避免，尤其在苛刻的反应条件下，这会对负载型催化剂的应用造成很多困扰。

浙江大学团队发现了炭载体表面Mo纳米颗粒在高温还原性气氛中的再分散现象，通过分析发现金属-载体强相互作用是驱动该再分散现象的主导因素，这不仅可以丰富大家对于金属-载体相互作用的理解，也可为制备超细纳米颗粒催化剂提供理论依据。

浸渍(NH₄)₆Mo₇O₂₄溶液的碳布在N₂气氛中800 ℃煅烧，得到的材料中存在大量100 nm以上的MoO₂纳米颗粒。将该煅烧后的材料在H₂气氛下500 ℃还原，MoO₂先被还原为金属Mo，且纳米颗粒逐步变小直至亚纳米级别，浙江大学材料系王勇教授团队提供的原位电镜分析可以清晰地观察到Mo基颗粒的变化过程。此外，炭载体的氮掺杂与否对Mo纳米颗粒的粒径有明显影响。比如采用无氮掺杂的碳布，还原10小时后，Mo纳米颗粒的粒径达到1.3 nm，而采用氮掺杂的碳布，还原过程只需8小时，Mo纳米颗粒的粒径即可达到0.95 nm。

随后团队采用DFT计算揭示导致该再分散现象的原因。结果表明Mo纳米团簇与碳之间存在很强的相互作用，结合能达到1.96 eV，炭载体的氮掺杂更是将该作用力提升至6.01 eV。这种金属-载体之间的强相互作用是驱动Mo基颗粒再分散的主要因素。上述Mo基催化剂在电化学合成氨反应中表现出优异的催化性能，在最优条件下可得到22.3%的法拉第效率和7.02 μg h^-1g_cat^-1的产氨速率。该催化性能可与许多贵金属催化剂相比拟，且极为稳定。

这一成果近期发表在ACS Catalysis 上，文章的第一作者是浙江大学硕士研究生陈佳熠。

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Redispersion of Mo-Based Catalysts and the Rational Design of Super Small-Sized Metallic Mo Species

Jiayi Chen, Haiyan Wang, Zhe Wang, Shanjun Mao, Jian Yu, Yong Wang, Yong Wang

ACS Catal., 2019, 9, 6, 5302-5307, DOI: 10.1021/acscatal.8b04634

王勇教授介绍

王勇，浙江大学化学系教授，催化研究所所长。中组部“万人计划”青年拔尖人才及国家优秀青年基金获得者。2002年本科毕业于湘潭大学化工学院，2007年博士毕业于浙江大学化工系，2007年～2009年在浙江大学化学系从事博士后研究工作，2009年～2011年在德国马普胶体与界面化学研究所从事博士后研究工作，2011年进入浙江大学工作至今。作为项目负责人先后承担多项国家及省部级项目，如国家自然科学基金优秀青年基金、面上项目以及浙江省杰出青年基金和重点基金等项目。王勇课题组致力于工业催化剂的研发，特别是基于多孔炭及金属氧化物的负载型工业催化剂的开发及相关反应机理的研究，所研发的多个催化剂在工业上得到应用, 产生了显著的经济和社会效益。在J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表SCI论文120余篇，SCI引用9000余次，H-index 45。授权国家发明专利21项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/14399

先进材料和催化研究课题组介绍

先进材料和催化研究小组一直采用基础科学和实际应用相结合的研究模式，以设计和开发高效多相催化材料为主要研究方向，致力于追求实用的催化技术和优美的基础科学。研究方向主要可分为：

（1）催化新材料的可控制备。基于绿色化学的概念，专注于探索全新、绿色的合成方法，开发新型催化剂载体材料，如将生物质及其衍生物塑造为形貌可控、孔道丰富的多功能炭材料等。

（2）工业重要催化剂的开发。研究高性能催化剂的分子设计、规模化制备及其应用技术。如以氮掺杂炭（CN）为载体制备高效多相催化剂，并通过实验和理论建模研究反应机理，该策略提供了一种制备高效负载型催化剂的通用方法，可有效应对多种反应底物及复杂的反应环境。

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