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化学所在铑原子活化氧物种转化惰性小分子研究

  氧化铝负载的痕量金属铑可有效活化Al2O3中的晶格氧直接参与化学反应,然而氧化铝具有高的热稳定性和化学惰性,在温和条件下,氧化铝中的氧原子很难直接参与化学转化。

  为了认识痕量金属铑活化惰性晶格氧参与化学反应的本质,中国科学院化学研究所何圣贵课题组使用自行研制的团簇科学仪器,将单个Rh原子制备到氧化铝团簇上,在室温条件下测定了一系列Rh-Al-O团簇与CO和CH4等分子的反应活性。发现一个九原子团簇RhAl2O6+能连续氧化五个CO分子(图1),该团簇是迄今为止能氧化CO分子数目最多的异核金属氧化物团簇物种,研究结果发表于《自然-通讯》(Nat. Commun. 2016, 7, 11404)。

  另外,RhAl3O4+团簇可活化转化CH4分子产生CO和H2(图2),该团簇也是首例将甲烷转化为合成气的异核金属氧化物团簇物种,研究结果发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 12854)。机理研究表明,在两个反应中,Rh原子是关键的活性位点,它既捕获反应物分子又储存晶格氧(O2-)参与反应后释放出的电子,反应前后,Rh原子的化合价从阳离子态转变为阴离子态。

  该研究从分子水平上揭示了金属铑活化氧物种转化惰性小分子的本质,工作得到了基金委和中科院等项目的资助。

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  图1 九原子团簇RhAl2O6+可连续氧化五个CO分子

  

  图2 团簇离子RhAl3O4+可转化CH4为H2和CO

蓝冠之旅 2018-04-12