【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所源研究技術(shù)平臺(tái)電鏡技術(shù)研究組研究員劉偉團(tuán)隊(duì)與大連交通大學(xué)博士劉淑慧等合作，開發(fā)出基于電鏡HAADF圖像的原子識(shí)別統(tǒng)計(jì)(EMARS)新方法，并利用該方法精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)了18000個(gè)鉑(Pt)原子分散態(tài)原子，量化解析了Pt單團(tuán)簇等不同物種在Pt/Al2O3工業(yè)重整催化中的活性貢獻(xiàn)，為理解石油化工中石腦油重整制芳烴的活性來源、催化劑優(yōu)化提供了新思路。
氧化物負(fù)載金屬催化劑的原子密度、間距和配位環(huán)境決定著催化活性、選擇性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)宏觀測(cè)量的譜學(xué)手段只能對(duì)催化劑粉體樣品進(jìn)行整體分析，進(jìn)而給出平均化的原子分散度，難以區(qū)分微觀上不同金屬物種的單獨(dú)活性貢獻(xiàn)。近年來，透射電鏡發(fā)展迅速，HAADF技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)原子直接成像。但由于催化性能是微觀活性中心推動(dòng)反應(yīng)分子轉(zhuǎn)變的整體宏觀度量，僅依靠HAADF圖像做表象分析和手工測(cè)量統(tǒng)計(jì)，無法足夠客觀地、準(zhǔn)確地體現(xiàn)催化劑的微觀原子分散差異，也就無法找到宏觀的催化活性對(duì)應(yīng)的原子結(jié)構(gòu)起因。
該研究開發(fā)出EMARS新方法，通過獲取圖像中的金屬原子坐標(biāo)，以高通量、自動(dòng)化地逐一原子計(jì)數(shù)方式精確計(jì)算分散性。研究首次對(duì)Pt/Al2O3重整催化劑實(shí)現(xiàn)了18000個(gè)Pt原子統(tǒng)計(jì)，獲得了在23皮米到60埃范圍內(nèi)的Pt—Pt原子距離分布，以及全部Pt團(tuán)簇所含原子數(shù)。該工作在真實(shí)空間中以原子精度重新定義了負(fù)載型催化劑的金屬分散性。量化證據(jù)表明，石腦油重整的芳烴轉(zhuǎn)化活性來自載體上的Pt單原子，原子密度與活性定量相關(guān)；Pt團(tuán)簇不直接貢獻(xiàn)活性，但可在氧化氣氛下動(dòng)態(tài)分散為Pt單原子來補(bǔ)充活性位點(diǎn)。相比而言，傳統(tǒng)氫氧滴定(HOT)方法容易高估金屬分散性，導(dǎo)致嚴(yán)重偏離實(shí)際催化活性。
相關(guān)研究成果以Identify the Activity Origin of Pt1/Al2O3 via Atom-by-Atom Counting為題，于近日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(J. Am. Chem. Soc.)上。研究工作得到中科院青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(單原子催化動(dòng)態(tài)調(diào)控)、大連化物所—中石油聯(lián)合基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助。
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