过氧化氢（H₂O₂）的直接合成（H₂+O₂ → H₂O₂）是一种替代蒽醌类化合物连续加氢氧化合成H₂O₂的商业化间接工艺的极有效策略。金属掺杂可以通过提高H2O2的转化率和选择性来提高Pd基催化剂在H₂O₂直接合成的催化性能。近年来，理论研究提出了含Pb的二元和三元Pd基合金作为催化剂，但缺乏实验依据。

有鉴于此，德国卡尔斯鲁厄理工学院Silke Behrens报道了一种择形Pd₃Pb纳米晶催化剂，其中活性金属和掺杂金属在一定程度上处于同一位点。基于这种策略，研究人员阐明了Pb掺杂和纳米晶形状对H₂O₂直接合成中催化剂性能的影响。

文章要点

1）研究人员开发了一种具有单一相金属间化合物Pd₃Pb组成的Pb掺杂纳米晶（NCs）的形状控制合成工艺。通过改变配体，研究人员得到了具有均匀的立方、立方、八面体和球形的Pd₃Pb NCs，以及花朵状的聚集体，并将其负载到酸处理的TiO₂上。

2）实验结果表明，H₂O₂直接合成的催化效率不仅受纳米晶组成的影响，而且与颗粒形状有关。Pd₃Pb立方体的催化性能不仅优于单金属Pd参比催化剂，而且优于其他形状的Pd₃Pb NCs。进一步的密度泛函理论（DFT）计算和表面研究结果表明，Pd表面原子的电子修饰不仅使得Pd₃Pb表面的O₂解离具有较高的势垒，而且在Pd₃Pb立方体中缺乏较大的能断裂O−O键并形成水的Pd系综。

参考文献

Vanitha Reddy Naina, et al, Shape-Selective Synthesis of Intermetallic Pd₃Pb Nanocrystals and Enhanced Catalytic Properties in the Direct Synthesis of Hydrogen Peroxide, ACS Catal. 2021

https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c03561