Geträgerte Metall-Nanopartikel-Katalysatoren spielen eine wichtige Rolle in einer Reihe von industriell wichtigen Reaktionen zur Kraftstoffherstellung, feinchemischen Synthese, Schadstoffentfernung und Solarernte. Allerdings neigen die Metall-NPs dazu, unter harten Reaktionsbedingungen zu sintern und/oder auszulaugen, was die Katalysatordeaktivierung verursacht, insbesondere bei Metallen mit niedriger Tammann-Temperatur (z. B. Au, Cu). Die Regenerierung der desaktivierten Katalysatoren ist ein aufwendiges und kostenintensives Verfahren; daher ist die Stabilisierung der Metallspezies gegen Sintern und Auslaugen äußerst wichtig.
SMSI wurde ausgiebig verwendet, um Metall-NPs gegen Sintern und/oder Auslaugen zu stabilisieren. Neben dem klassischen Verfahren der Hochtemperaturreduktion wurden in den letzten Jahren viele neue Wege zur Konstruktion von Neotyp-SMSIs entwickelt. In Anbetracht der Bedeutung von SMSIs bei der Stabilisierung des geträgerten Metallnanopartikelkatalysators haben Prof. Liang Wang und Prof. Feng-Shou Xiao (College of Chemical and Biological Engineering, Zhejiang University) die verschiedenen neuen Strategien zur Konstruktion von SMSIs zusammengefasst. Ihre Vorteile bei der Stabilisierung von Metall-NPs und der Modulation geometrischer/elektronischer Strukturen wurden angesprochen. Darüber hinaus wurden insbesondere die treibende Kraft hinter der Bildung von SMSIs diskutiert und die aktuellen Herausforderungen und Zukunftsperspektiven für den Aufbau von Neotyp-SMSIs vorgeschlagen.
Die Autoren haben die neuen Wege zum Aufbau von SMSIs in vier Aspekte eingeteilt, darunter oxidative starke Meta-Träger-Wechselwirkung (O-SMSI), adsorbatvermittelte SMSI (A-SMSI), reaktionsinduzierte SMSI und nasschemische SMSI (wcSMSI). Diese neuen Arten von SMSIs haben Eigenschaften, die denen der klassischen SMSI ähneln, unterscheiden sich jedoch konzeptionell aufgrund der Vermeidung einer hohen Temperaturreduktion, um die Verkapselung der Metallnanopartikel zu induzieren. Die SMSI-Bildungsmechanismen hinter diesen Neotyp-SMSIs sind unterschiedlich, was die Entwicklung effizienterer Trägermetallkatalysatoren in der Zukunft unterstützt.
Die Autoren betonten, dass sich zukünftige Arbeiten zu SMSI-Studien möglicherweise auf die Feinsteuerung der SMSI-Struktur konzentrieren müssen, um die katalytische Leistung zu steigern, und die Operando-Charakterisierungstechniken verwenden müssen, um die dynamische Struktur der Katalysatoren unter verschiedenen Atmosphären zu identifizieren, um das Wechselspiel zwischen Struktur und Leistung zu korrelieren. Darüber hinaus sollten die Mechanismen hinter der SMSI-Bildung weiter untersucht werden, um die Synthese effizienterer Trägermetallkatalysatoren zu steuern.
Die Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaft China Chemie.
Hai Wang et al., Neue Wege für den Aufbau starker Metall-Träger-Wechselwirkungen, Wissenschaft China Chemie (2022). DOI: 10.1007/s11426-022-1356-3