单原子银催化剂的合成、结构和甲醛的氧化性能

摘要

本论文为单原子银催化剂合成、结构和完全氧化甲醛反应的研究，取得的研究成果如下:
　　1、发明了“反Ostwald合成法”，制备了单原子银催化剂。利用金属和载体的相互作用，以Hollandite型二氧化锰(Hollandite Manganese Oxide，HMO)为载体，负载的纳米银粒子在热的作用下自发单分散并稳定地镶嵌在HMO的(001)晶面上，以致成功地合成了以单原子银为催化活性位的单原子催化剂。这种“反Ostwald合成法”得到了同步辐射X-ray原子吸收谱和原位X-ray衍射谱的证明。
　　2、建立了“金属辅助的Mars-van Krevelen氧活化机理”，解释了单原子银催化剂对甲醛氧化反应的氧活化机理。氧的活化是甲醛氧化反应的一个重要的决速步，在低温(Temperature，T)条件下(T＜65℃)，与单原子银直接连接的HMO晶格氧可以参与甲醛的氧化反应，同时产生一个氧空穴，接着气态氧在原子银上解离并填补这个氧空穴以完成甲醛的氧化反应循环;在高温下（T＞65℃），离单原子银较远的HMO晶格氧也能扩散到银活性位参与甲醛的氧化反应。这就是金属辅助的Mars-van Krevelen氧的活化机理。
　　3、构建了单原子银活性位的电子态密度和甲醛氧化活性之间的构效关系。利用X-ray近边原子吸收结构差谱研究了单原子银活性位的电子态密度，发现镶嵌在HMO的(001)晶面上单原子银的电子态密度中心比银纳米粒子更接近于Fermi level，使单原子银活性位的d轨道的电子密度减少，导致单原子银催化剂具有较高的低温氧化甲醛的催化活性。
　　本论文对原子尺度上研究催化基础知识有一定的理论意义，同时对大气挥发性有机污染物的催化控制技术有一定的理论意义和应用价值。