第一作者：Yonggang Feng
通訊作者：黃小青
通訊單位：蘇州大學
研究亮點：
1. 開發出一種新型的以鈀為核-氧化鎳為殼的鈀基催化劑。
2. 該催化劑在直接合成H2O2的催化反應中展現了很高的選擇性以及活性。
相比于傳統的含氯和強酸氧化劑，過氧化氫（H2O2，俗稱雙氧水）是一種對環境友好的綠色氧化劑，其在現代化學、醫藥、印染等工業領域有著越來越廣泛的應用和巨大的需求量。目前工業制H2O2主要通過2-乙基蒽醌法來實現，然而，其連續多步的氧化還原工序存在著高成本，高耗能以及“三廢”排放的問題。
最為理想的H2O2合成方法則是，在負載型鈀基催化劑的作用下，通過H2和O2直接合成H2O2，其不僅原子利用率高、耗能低，而且副產物只生成H2O。目前，該方法存在的主要問題就是，傳統的鈀基催化劑對于生成目標產物H2O2的選擇性較低。
有鑒于此，蘇州大學黃小青教授團隊開發出一種新型的以鈀為核-氧化鎳為殼的鈀基催化劑，該催化劑在直接合成H2O2的催化反應中展現了很高的選擇性以及活性。
圖1 不同鈀基催化劑催化合成H2O2的活性以及選擇性
作者以具有鈀核-鎳殼結構的納米顆粒作為初始材料，通過簡單的氧化處理，巧妙地實現了鎳殼到多孔氧化鎳殼的轉變，同時還能實現對核殼界面氧化程度的精細控制。
實驗結果及理論計算都表明，形成的多孔氧化鎳殼層不僅提供了H2和O2接觸鈀催化活性位點的反應通道，而且其對鈀核表面的修飾作用能明顯減弱鈀與中間體(O-O)*的強烈鍵合，這對于抑制H2O的生成有著極為重要的作用。
通過對催化反應條件的優化，該催化劑最終能實現91%的高選擇性（如圖所示）。同時，該催化劑循環催化六次后，活性和穩定性依然保持在較高水平，表明該催化劑同時具有良好的穩定性。
圖2 Pd@Ni-3/TiO2和Pd@NiO-3/TiO2的結構和組成表征
圖3 催化劑和反應條件的優化
圖4 連續合成H2O2的生產率和之后的TEM
圖5 接觸面的結構和電子屬性
圖6 機制的能量概況
總之，本研究證明了表界面調控對鈀基催化劑高效催化合成H2O2所起的重要作用。
參考文獻：
Feng Y,Shao Q, Huang B, et al. Surface engineering at the interface of core/shell nanoparticles promotes hydrogen peroxide generation[J]. National Science Review, 2018.
DOI:10.1093/nsr/nwy065
https://doi.org/10.1093/nsr/nwy065
