通訊作者：Meenakshisundaram Sankar, Graham J. Hutchings金屬納米催化劑的開發對于能源、化工以及環境方面新技術的發展發揮著至關重要的作用，包括利用可再生和可持續的原料生產精細化學品和燃料，同時實現減排的目標。負載金屬納米催化劑在硝基芳烴選擇性加氫反應是近年來學術界和工業界研究的熱點之一，尤其是對含有碳碳雙鍵或者三鍵等易還原官能團的硝基芳烴領域，如何只還原硝基而保留其他還原性基團，更具有經濟價值，也更具有挑戰性！眾所周知，通過合理的合成策略設計可以調節負載金屬納米顆粒的催化活性，雖然國際上各個研究團隊各有絕招，但是如何能通過一種簡單的策略來調控這種選擇性，是更快適應于工業應用的關鍵。其實，催化劑合成過程中的每一步都對催化劑的結構特性以及活性、選擇性和穩定性起著重要的調節作用。而在催化劑合成過過程中，大家往往都忽略了這些細節。譬如熱處理過程在控制金屬顆粒的大小、形貌，以及去除有機配體或有毒物質方面至關重要，從而對催化性能產生極大的影響。有鑒于此，卡迪夫大學Graham J. Hutchings，Meenakshisundaram Sankar等人以3-硝基苯乙烯的高效化學選擇性氫化制3-氨基苯乙烯為模型反應，研究了已經很難引起人們注意的熱處理工藝和金屬負載量對催化性能的影響。
圖2. 不同含量催化劑經過不同熱處理的催化性能對比研究人員通過對合成的催化劑進行優化熱處理，實現了對催化計的活性位點進行微調。根據前人經驗，對于0.2和0.5wt％負載量的Pt/TiO2催化劑，在450℃下還原，通過強金屬-載體相互作用誘導TiOx覆蓋Pt納米顆粒，減少活性位點，這對其催化活性是不利的。然而，通過進行450℃下煅燒處理，可以有效避免這一問題，并制備出更高活性的催化劑。在此基礎上，為了對比不同金屬含量的區別。研究人員進一步系列制備了負載量分別為0.05wt％，0.08wt％，0.2wt％和0.5wt％的Pt/TiO2催化劑。研究結果表明，負載量不同時，熱處理的效能也不盡相同。因此，在不同的場合，每一個關鍵細節都很重要。
圖3. 顆粒尺寸表征 利用XPS、STEM、EXAFS、XANES以及CO DRIFTS等多種表征儀器，作者對催化劑進行了系統而詳盡的表征。結果顯示，Pt/TiO2界面處的外圍位點是該氫化反應最可能的活性位點。0.2 wt%Pt/TiO2（煅燒+還原）催化劑活性最高，這主要是因為煅燒過程抑制了TiOx在Pt納米顆粒表面的生長覆蓋，Pt納米顆粒以1 nm的超小尺寸均勻分布，具有最多的活性位點。而沒有經過煅燒構成，活性位則相應減少，導致活性減少。總之，這項研究為我們提供了一種簡便調控貴金屬納米催化劑活性和選擇性的經典策略。這個策略告訴我們，細節很重要，一些我們習以為常的操作，可能就是實驗的關鍵之處，也許是催化性能時好時壞，實驗無法重復的命門所在！
Margherita Macino, Meenakshisundaram Sankar,* Graham J. Hutchings,* et al. Tuning of catalytic sites in Pt/TiO2 catalysts for the chemoselective hydrogenation of 3-nitrostyrene. Nat. Catal., 2019DOI: 10.1038/s41929-019-0334-3https://www.nature.com/articles/s41929-019-0334-3
