通讯作者：Meenakshisundaram Sankar, Graham J. Hutchings金属纳米催化剂的开发对于能源、化工以及环境方面新技术的发展发挥着至关重要的作用，包括利用可再生和可持续的原料生产精细化学品和燃料，同时实现减排的目标。负载金属纳米催化剂在硝基芳烃选择性加氢反应是近年来学术界和工业界研究的热点之一，尤其是对含有碳碳双键或者三键等易还原官能团的硝基芳烃领域，如何只还原硝基而保留其他还原性基团，更具有经济价值，也更具有挑战性！众所周知，通过合理的合成策略设计可以调节负载金属纳米颗粒的催化活性，虽然国际上各个研究团队各有绝招，但是如何能通过一种简单的策略来调控这种选择性，是更快适应于工业应用的关键。其实，催化剂合成过程中的每一步都对催化剂的结构特性以及活性、选择性和稳定性起着重要的调节作用。而在催化剂合成过过程中，大家往往都忽略了这些细节。譬如热处理过程在控制金属颗粒的大小、形貌，以及去除有机配体或有毒物质方面至关重要，从而对催化性能产生极大的影响。有鉴于此，卡迪夫大学Graham J. Hutchings，Meenakshisundaram Sankar等人以3-硝基苯乙烯的高效化学选择性氢化制3-氨基苯乙烯为模型反应，研究了已经很难引起人们注意的热处理工艺和金属负载量对催化性能的影响。
图2. 不同含量催化剂经过不同热处理的催化性能对比研究人员通过对合成的催化剂进行优化热处理，实现了对催化计的活性位点进行微调。根据前人经验，对于0.2和0.5wt％负载量的Pt/TiO2催化剂，在450℃下还原，通过强金属-载体相互作用诱导TiOx覆盖Pt纳米颗粒，减少活性位点，这对其催化活性是不利的。然而，通过进行450℃下煅烧处理，可以有效避免这一问题，并制备出更高活性的催化剂。在此基础上，为了对比不同金属含量的区别。研究人员进一步系列制备了负载量分别为0.05wt％，0.08wt％，0.2wt％和0.5wt％的Pt/TiO2催化剂。研究结果表明，负载量不同时，热处理的效能也不尽相同。因此，在不同的场合，每一个关键细节都很重要。
图3. 颗粒尺寸表征 利用XPS、STEM、EXAFS、XANES以及CO DRIFTS等多种表征仪器，作者对催化剂进行了系统而详尽的表征。结果显示，Pt/TiO2界面处的外围位点是该氢化反应最可能的活性位点。0.2 wt%Pt/TiO2（煅烧+还原）催化剂活性最高，这主要是因为煅烧过程抑制了TiOx在Pt纳米颗粒表面的生长覆盖，Pt纳米颗粒以1 nm的超小尺寸均匀分布，具有最多的活性位点。而没有经过煅烧构成，活性位则相应减少，导致活性减少。总之，这项研究为我们提供了一种简便调控贵金属纳米催化剂活性和选择性的经典策略。这个策略告诉我们，细节很重要，一些我们习以为常的操作，可能就是实验的关键之处，也许是催化性能时好时坏，实验无法重复的命门所在！
Margherita Macino, Meenakshisundaram Sankar,* Graham J. Hutchings,* et al. Tuning of catalytic sites in Pt/TiO2 catalysts for the chemoselective hydrogenation of 3-nitrostyrene. Nat. Catal., 2019DOI: 10.1038/s41929-019-0334-3https://www.nature.com/articles/s41929-019-0334-3
