【催化】万颖教授课题组：自组装大孔径有序介孔炭负载氮修饰Au纳米催化剂

金纳米催化剂(粒径小于5 nm)在CO氧化、水煤气转化、选择加氢、选择氧化、碳碳偶联等反应中表现出巨大潜力。其中，伯醇选择氧化为羰基化合物反应被广泛应用于精细化学品工业生产中。

作为最重要的催化剂载体之一，活性炭具有化学惰性、易通过燃烧炭载体回收贵金属等优点。然而，炭载体与金属相互作用较弱，金属颗粒在反应过程中易团聚或流失；此外，活性炭孔径分布宽，通常存在大量微孔。孔径大于5 nm且具有互通孔结构的有序介孔炭材料有利于反应物尤其是大分子反应物的物质传输，消除反应中扩散限制。但合成具有高稳定性的大孔径有序介孔炭负载Au纳米催化剂仍然是一项挑战。

最近，上海师范大学万颖教授课题组报道了一种配位作用辅助表面活性剂自组装路线，用于制备大孔径有序介孔炭负载氮修饰Au纳米催化剂。

图 1. 大孔径有序介孔炭负载氮修饰Au纳米催化剂合成示意图

研究团队选用聚苯乙烯-聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)嵌段共聚物作为配位功能组元和结构导向剂，HAuCl4为金源，低聚酚醛树脂为碳源，通过配位作用辅助溶剂诱导挥发自组装技术，合成具有面心立方结构的有序介孔炭负载氮修饰Au纳米催化剂(图1)。

图 2. 大孔径有序介孔炭负载氮修饰Au纳米催化剂超薄切片TEM图像

该合成策略利用吡啶与金离子之间的配位作用，抑制低温(<300 °C)煅烧过程中金属离子的还原和聚集。在600°C高温炭化过程中，嵌段共聚物炭化分解，孔道开放，形成大孔径介孔炭(12 nm)，通过改变PS嵌段分子量，可调节催化剂的介孔孔径(6-12 nm)；同时Au离子被还原，聚合物刚性骨架有效限制Au物种聚集长大，单分散Au纳米粒(4 nm)暴露在开放的大孔径有序孔道中，Au-N配位被部分保留(图2)。

氮修饰Au纳米催化剂在苯甲醇选择氧化反应中展现高活性与选择性；反应以O2为绿色氧化剂，水为绿色溶剂，催化剂对苯甲醇转化频率(TOF)为2103 h^-1，产物为苯甲酸(选择性>99%)。10次循环使用后，未见明显的Au流失或催化活性下降。该工作为拓展炭载Au纳米催化剂的制备方法提供了思路。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cctc.201900626