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zyhou

专家顾问 (文坛精英)

[交流] 氮掺杂炭载体中不同氮物种对负载金属的作用

文章级别不高，但是作为一个从事催化研究30年的老同志，我觉得这个研究挺有意义，愿与大家分享！希望对感兴趣的同学有用。

想法来源：2016年发表在science的一篇文章（science, 2016, 351, 361╟365）研究了不同氮物种在orr反应过程中的影响，研究发现与石墨氮相比，吡啶氮在活性位点的产生中发挥了优先作用。但是，所制备的氮掺杂碳材料中同时有多种氮物种存在，这些氮物种之间可能存在相互作用。随后也有大量的文章对氮掺杂碳材料中多种不同氮物种可能存在的协同作用进行了研究，并提出了不同的观点。据此，我们设想是否可以制备出只含有单一类型氮物种掺杂的碳材料并对其作用进行研究。基于此，我们开展了以下研究。

研究内容：我们首先采用了合适的制备方法，设计并制备了四种只含有单一类型氮掺杂的碳材料： g-C3N4、 pyrrol-NxC、 ani-NxC以及pyridine-NxC，并制备了不含有N物种的碳材料ben-C进行对比。由于我们对ORR反应不熟悉，因此将这些载体用于金属Pt的负载，制备出了一系列pt基催化剂：Pt/g-C3N4、 Pt/pyrrol-NxC、 Pt/ani-NxC、pt/pyridine-NxC以及pt/ben-C。以硝基苯加氢为模型反应，对其在加氢反应中的作用进行考察，并得到了有趣的实验结果。

主要发现：1、我们发现载体中氮物种的存在有利于对金属的捕获，特别是苯胺型的氮物种（这可能对贵金属型催化剂的回收有利）。2、不同类型的氮物种与pt具有不同的电子效应，相互作用的强度依次为pyridine-NxC< ani-NxC< pyrrol-NxC< g-C3N4。3、Pt/g-C3N4在温和条件下对硝基苯加氢反应生成苯胺具有很高的活性和稳定性。因此，我们又采用了核磁和同步辐射等手段，进行了进一步的研究。结果发现，pt除了具有较高的电荷密度外，其在pt/g-c3n4中的空间位置对催化剂的活性也有着重要的影响：Pt锚定在g-C3N4的庚氮环边缘与N–H and C–N=C配位，并均匀分散在g-C3N4的框架中。因此在加氢反应过程中，具有小的空间位阻，因此更有利于反应的进行。

延伸结论：氮改性的载体很时髦、表征数据也漂亮。但是，对催化反应具有关键作用的可能不只是漂亮的结构和HRTEM照片，催化剂的空间结构也有重要的作用。

投稿曲折，非常感谢各位朋友的帮助和指点。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.2c03361

[ last edited by zyhou on 2022-8-25 at 15:06 ]

[ Last edited by zyhou on 2022-8-25 at 15:10 ]

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