从金纳米团簇获得稳定高活性催化剂的途径

催化剂无处不在，无论是体内消化食物的酶，还是汽车中分解污染物的催化转化器。催化剂在使化学反应更有效方面发挥着重要作用。最近，可以加速各种热、电化学和光化学反应的原子级精确金属纳米簇 (NC) 已被用于设计有用的催化剂。这些 NC 是微小颗粒(小于 2 纳米)，可以通过改变其原子组成来改变其特性。金属NCs受到了相当大的关注，科学家们试图找到各种合成具有独特功能的NCs的方法。

制造原子级精确金属NC 的一种流行方法是使用配体(将自身连接到中心金属核的分子或离子)。这些配体不仅保护微小的 NC，而且影响它们的化学反应性和选择性。然而，有时反应性低于预期。

为了提高配体保护的金属 NCs 的催化活性，它们在没有氧气的高温炉中加热(称为“煅烧”的过程)以从主簇中去除配体。然而，在非常高的温度下加热颗粒会导致 NC 积聚，通常会导致反应性降低。“当配体在没有特殊处理的情况下被去除时，金属 NCs 很容易在载体上聚集并失去其特定尺寸的特性。了解配体煅烧的机制以在适当的条件下产生高功能的多相催化剂至关重要，”Yuichi 教授说东京理科大学Negishi，研究纳米团簇的合成。

在Angewandte Chemie发表的一项新研究中，Negishi 教授带领一个研究团队，包括 Tokuhisa Kawawaki 助理教授、Yuki Kataoka 先生、Momoko Hirata 女士和 Yuki Akinaga 先生，深入挖掘配体去除机制NC 中的过程。在他们的实验中，研究人员合成了由两个配体 2-苯基乙硫醇和巯基苯甲酸保护的金 NC，然后将它们负载在光催化金属氧化物上。接下来，团队将制备的材料在 195 摄氏度到 500 摄氏度的不同温度下加热。每一步之后，他们使用红外光谱、X 射线光电子能谱和透射电子显微镜等技术分析产品，以识别变化在它们的化学成分中。

在配体完全释放后，该团队通过用紫外线照射样品将金 NCs 嵌入氧化铬薄膜中，以防止 NCs 聚集。该过程产生了具有有用特性的光催化剂，例如高水分解活性和稳定性。

这些发现指导了未来基于金属NC 的催化剂的设计，以及在氢燃料电池的制氢中的应用。“通过我们的研究，我们希望建立一个清洁、可持续的社会，一次一块砖，”根岸教授总结道。

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