强金属-载体相互作用(SMSI)是负载型金属催化剂中的常见效应，通常是指载体衍生物迁移到金属纳米颗粒表面形成超薄的包封层，通过合理调控SMSI效应对于提升催化反应活性具有重要意义。前人的研究表明，SMSI效应在光催化反应中能促进光生电子从半导体转移到金属纳米颗粒表面，使金属纳米颗粒主要处于富电子状态；另一方面，SMSI效应的存在也会导致电子从载体转移到金属，达到费米能级平衡，最终建立富电子金属活性位点，进而提升催化活性。然而，对于一个依赖于缺电子金属活性位点的反应，SMSI效应是否仍然具有促进作用还需要进行深入探索。
3月，乐鱼官网app贾宏鹏研究组在期刊Angew.Chem.Int.Ed.发表了题为Suppressive Strong Metal-Support Interactions on Ruthenium/TiO2 Promote Light-Driven Photothermal CO2 Reduction with Methane的文章，该研究通过光驱动光热催化甲烷干重整反应(CO2 + CH4 → 2H2 + 2CO)为探针反应，以Ru/TiO2为模型催化剂，探究了Ru/TiO2上存在的SMSI效应对反应的抑制作用。通过氢气预处理TiO2载体的方式制备Ru/TiO2-H2，可以抑制SMSI效应，进而使干重整反应中CO2的转化速率提升了~46倍。研究发现，在光照条件下，Ru/TiO2上存在的SMSI效应促进TiO2导带中的光生电子注入Ru 纳米颗粒，提高了光生载流子的传输效率，然而这将导致Ru表面电子密度升高，不利于CH4反应物的活化和CO产物的解吸；对于Ru/TiO2-H2，抑制的SMSI效应使得Ru纳米颗粒的热电子迁移到TiO2的氧空位上，进而使Ru表面处于缺电子状态，而缺电子Ruδ+有利于促进干重整反应中的决速步骤——CH4的裂解，同时，氧空位富集的光生电子能促进CO2的活化和解离。最终，Ru/TiO2-H2在光驱动光热干重整反应中明显降低了反应物CO2和CH4的活化能，提升了催化活性，克服了热催化体系的限制。这项工作为通过调节两相相互作用设计高效的光热催化剂提供了重要指导。
在本研究中，博士生李强为第一作者，贾宏鹏研究员为通讯作者，该研究得到中国科学院战略重点研究项目、国家自然科学基金、福建省科技计划项目、中国科学院青年创新促进会和FJIRSM&IUE联合研究基金等项目的资助。
图1 抑制的SMSI效应调控电荷转移的模型及其对催化性能的影响
附件下载：
