智慧创制研究所取得重大突破，首创“氧化-还原驱动”策略原位合成双金属合金催化剂登上国际顶刊《Angew. Chemie Int. Ed.》

        近日，河南省科学院智慧创制研究所李盼盼博士、钟文辉特聘研究员、朱青所长、江俊教授与北京交通大学王熙教授、中科院过程工程研究所李望良研究员合作，在双金属催化剂合成领域取得重要进展，相关研究成果《Redox-driven in-situ Formation of Bimetallic Catalysts via Sn2+/Sn4+ Interconversion》在国际顶级化学期刊《Angew. Chemie Int. Ed.》上发表。这是智慧创制研究所首次以独立第一单位在该期刊发表研究论文，标志着我院在热催化材料基础研究领域跻身国际前列。

图1. a) Sn-M双金属催化剂合成示意图；b-i) Sn-M双金属催化剂的EDS元素分布图，其中黄色代表Sn元素，第二金属(M)以图中对应颜色标示。

        双金属催化剂凭借其独特的双组分协同效应，通过精准调控活性位点的几何与电子结构，在催化效率、稳定性、选择性等关键指标上展现卓越性能，使其在催化脱氢、选择性加氢及能源电化学等领域具有广阔应用前景，已成为当前催化领域的研究热点。然而，现有合成技术（如浸渍法、碳热冲击合成法、原子层沉积、表面化学修饰等）受限于金属离子水解、溶解度差异、极端制备条件、离子带电性差异等，难以实现规模化生产，严重制约了其工业应用。以工业应用广泛的PtSn催化剂为例，其催化性能高度依赖制备工艺。研究表明，常规浸渍法制备的Sn-Pt催化剂往往存在纳米颗粒分散不均的问题。更为关键的是，在水相制备过程中，Sn²⁺离子易发生水解，且与Al2O3载体间的强相互作用会导致催化剂表面形成分离的SnOx与Pt相，从而显著降低催化活性。针对这一挑战，研究团队提出了一种“氧化-还原驱动原位合成”策略：

1.  巧用锡离子变价特性：利用Sn²⁺/Sn⁴⁺的氧化还原特性，团队首先在富含铝缺陷的γ-Al₂O₃载体上原位锚定Sn²⁺，随后通过Sn²⁺与第二种金属离子（M）间的氧化还原反应，精准合成了八种不同Sn-M（M=Pt、Pd、Au等）双金属催化剂 （图1）。

2.  突破“电荷壁垒”限制：以Sn-Pt催化剂为例，该策略成功克服了前驱体离子带电性差异的限制，即无论使用带负电的[PtCl₄]²⁻还是带正电的[Pt(NH₃)₄]²⁺前驱体，均能通过Sn²⁺的氧化同步将Pt²⁺还原为Pt⁰，形成结构高度一致的活性位点，并在CO氧化和丙烷脱氢反应中展现出完全一致的优异性能。

3.  独特配位结构抑制相分离：与传统浸渍法制备的PtSn/Al2O3催化剂（Pt-O配位为主）不同，该方法制备的催化剂以Pt-Sn/Pt-Pt配位为主有效抑制了反应过程中Pt与Sn的相分离，显著提升了催化剂的稳定性。

4. 普适性验证：该策略具有显著合成普适性，可进一步拓展至Cr-M（如Cr-Pt、Cr-Pd等）等其他双金属体系，为针对不同应用场景定制高性能催化剂提供了全新且通用的解决方案。

此项研究不仅解决了双金属催化剂制备中的关键科学难题，还为工业催化剂的理性设计提供了创新思路。基于该策略合成的Sn-Pt催化剂，在220小时连续CO氧化反应中保持100%的转化率，且在丙烷脱氢过程中表现出了优异的催化活性与选择性，展现出显著的工业应用潜力。相关技术有望应用于清洁能源、绿色化工等领域，有力支撑国家“双碳”战略目标的实现。

该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、河南省优秀青年基金、河南省科技研发计划联合基金、河南省科学院启动经费项目等资助。智慧创制研究所李盼盼博士为论文的第一作者，北京交通大学王熙教授与智慧创制研究所钟文辉特聘研究员、朱青所长、江俊教授共同担任通讯作者。