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Angew. Chem. :多位点功能独立、组分可控的Ru-Rh-Pd-Pt高熵固溶体用于NOx催化还原2024-05-12
合金化是改善材料性能的有效策略。高熵合金因具有良好的机械性能、独特的化学性质等优点,近年来在冶金、储氢、超导、催化等诸多领域受到了广泛关注。然而,由于组成元素的特性差异,制备组分可控的高熵固溶体仍然具有较大挑战。此外,由于元素种类繁多、反应位点复杂,高熵固溶体在多相催化中的反应机理尚不明确,这为强化反应过程、设计新型高性能合金材料造成了阻碍。

氮氧化物(NOx)还原是汽车尾气净化中最有挑战性的反应,铂族贵金属铑(Rh)对于NOx还原表现出其他元素难以比拟的催化能力。但由于CO和NO之间的吸附竞争以及NO的解离速率限制,Rh催化剂的本征活性难以进一步提高。近日,西安交通大学的黄博副教授团队,通过慢合成方法构建了组分可调、均匀分散的Ru-Rh-Pd-Pt高熵固溶体以提高NOx还原本征活性,并进一步探索了高熵合金在NOx还原中的反应机理。

 

 

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该团队选用乙酰丙酮金属前驱体,利用慢速合成方法成功地制备了不同比例的Ru-Rh-Pd-Pt固溶体纳米颗粒,首次发现高熵纳米合金Ru-Rh-Pd-Pt的晶格常数符合固溶体的Vegard定律,EDS测试表明纳米颗粒中不同金属实现原子级别的均匀混合,故称为Ru-Rh-Pd-Pt多原子位点催化剂。

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该团队发现,在NOx还原性能测试中大部分Ru-Rh-Pd-Pt多原子位点催化剂均突破了纯Rh的活性限制,其中Ru0.4(Rh0.33Pd0.33Pt0.33)0.6具有最优的NOx还原活性,其起活温度T50比纯Rh降低了约50℃,尽管其Rh含量仅有20%。

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该团队利用原位红外测试进一步探究了反应的机理,发现Ru-Rh-Pd-Pt高熵固溶体中多原子位点的构筑有利于实现CO吸附、NO吸附、NO解离和氧溢流等反应步骤的耦合,从而大幅度提高NOx还原活性。该研究为深入探索复杂HEA体系的多相催化机理提供了重要的见解,并为新型功能材料的设计提供了合理的策略。

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文信息

Independent Multiple-Atom-Site Functionality in Composition Adjustable Immiscible Ru-Rh-Pd-Pt Solid-Solution High-Entropy Alloys for NOx Reduction Outperforming Rh

Zhe Tan, Dr. Bo Huang

文章的第一作者是西安交通大学的博士研究生谭喆

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202400496

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