大化所傅强Nature子刊：室温下水辅助Cu颗粒形成Cu-OH物种，促进在载体上再分散

负载型金属纳米催化剂通常用于多相催化，而在高温反应过程负载型金属物种的烧结通常导致催化剂失活。为了解决这个问题，人们开发各种再分散策略以扭转烧结和振兴活性金属物种。金属物种的再分散通常涉及金属原子从较大颗粒的分离，然后是表面或气相迁移，最终被表面锚定位点捕获，其在很大程度上取决于金属载体的相互作用。

因此，具有各种表面缺陷或表面官能团(氧空位、OH、杂原子等)的载体对于通过金属与载体之间的强相互作用来锚定可移动金属物种是必不可少的。此外，动力因素也起着关键作用。在特定气体环境(CH₃I、O₂和NH₃等)中的高温处理通常用于增强金属物质在载体表面或通过气相迁移的流动性。值得注意的是，这些再分散过程需要相当大的能量输入。因此，目前迫切需要开发环境友好和节能的再分散策略，但这仍然是一个挑战。

近日，中国科学院大连化物所傅强课题组报道了一种在室温下通过O₂-H₂O处理重分散烧结Cu催化剂的简单方法，并利用各种原位表征技术研究了Cu纳米粒子在不同大气环境中的动态行为。

结果表明，环境条件下Cu纳米粒子的再分散依赖于两个基本因素: 载体表面羟基(OH)中心的丰度和羟基化Cu-OH物种的生成。

对于O₂处理的负载Cu材料，在O₂中氧化形成的CuO_x物种可以在γ-Al₂O₃表面上迁移，但在室温时迁移速度较慢；在含H₂O气氛中，H₂O显著提高了γ-Al₂O₃载体的羟基化程度，为表面Cu原子提供了更多的锚定位点和迁移通道。更重要的是，O₂-H₂O环境促进了更多流动的羟基化Cu-OH物种的产生，加速了Cu的再分散过程。

因此，H₂O的作用可以用两种不同的方式来解释：首先，它促进羟基化的Cu物种(在O₂存在下)的形成以加速Cu物种的迁移(动力学方面)；其次，它富集表面OH基团以提供更多的锚定位点(热力学方面)。因此，在潮湿的环境条件下，Cu纳米粒子向Cu单原子和团簇的再分散是通过H₂O在动力学和热力学上的协同促进作用发生的。

此外，在γ-Al₂O₃和CeO₂载体上生成的Cu单原子和团簇分别用于催化逆水煤气变换反应(RWGS)和CO优先氧化(CO-PROX)反应，反应后失活的Cu催化剂可以通过在室温下暴露于O₂-H₂O而被轻易地重新激活。综上，该项工作为烧结Cu催化剂的再生提供了一种有效的方法，并加深了气氛和载体在金属颗粒再分散中的作用的认识。

Water-assisted oxidative redispersion of Cu particles through formation of Cu hydroxide at room temperature. Nature Communications, 2024.

DOI: 10.1038/s41467-024-47397-z

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大化所傅强Nature子刊：室温下水辅助Cu颗粒形成Cu-OH物种，促进在载体上再分散

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