研究人员合成N和P共掺杂催化剂

近日，中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所团队在非金属杂原子掺杂调控催化性能研究中取得突破。研究人员合成了N和P共掺杂碳包覆钴基催化剂(Co@NPC)，并探索了催化剂中杂原子掺杂对肉桂醛选择性加氢的影响。该研究发表在《催化杂志》上。

作为催化领域的潜在材料，负载在非金属原子掺杂碳载体上的金属纳米粒子多相催化剂在催化加氢反应中表现出良好的催化活性。与金属原子相比，非金属原子具有更大的电负性。因此，非金属杂原子的引入可以有效调节材料的电子结构和化学性质，产生丰富的活性位点，从而提高催化性能。

在这项研究中，研究人员制备了Co@NPC并将其应用于肉桂醛的水溶液加氢反应。催化剂在合成过程中(水热和煅烧)被碳层覆盖。一旦碳形成涂层，它就可以防止金属烧结、浸出和长大。该结构显示出高度分散的丰富活性位点，从而有助于优异的活性催化剂性能。

Co@NPC在反应中表现出优异的性能。在80℃、0.5MPa氢压、5h的反应条件下，肉桂醛的转化率为92.1%，肉桂醛的选择性为79.7%。与未掺杂的催化剂Co@C相比，N、P共掺杂可以显着提高催化性能，并通过调节掺杂量来控制反应的活性和选择性。

此外，研究人员证明，P掺杂可以提高肉桂醇的选择性，而N掺杂与催化剂的催化活性密切相关。密度泛函理论(DFT)计算表明，N、P、C原子之间的电负性差异导致电子之间的相互作用，改变了催化剂中Co和CoO的比例，从而改变了催化剂表面肉桂醛的吸附强度.反应产物可根据吸附能的不同进行调整。

该研究表明非金属原子的掺杂使得调控催化剂的电子结构成为可能，为生物质衍生物选择性加氢催化剂的设计提供了新的策略。

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