臺大化學系 2012年09月24日 至 09月28日學術演講訊息
截止日期：2012-09-28
日期：2012/09/28（Fri.）
時間：自15時30分至17時00分
演講地點(地址): 化學系松柏講堂 (Song-Pei Lecture Hall, Dept. of Chemistry)
演講者: Prof. Yadong Li (李亞棟教授)
演講者職稱：Professor
演講者服務單位：Department of Chemistry, Tsinghua University, China
演講題目：金屬奈米催化
【Abstract】
1983年半導體量子點量子尺寸效應的發現，開啟了人們對物質在納米尺度上新的認識；11987年，Haruta納米Au在低溫CO催化氧化的發現，引發了對催化劑的思考。2隨著納米科技的不斷發展，納米材料在催化、能源、環境等領域中的應用令人期待。金屬納米材料作為常見的催化材料，其結構與催化性能的相關性備受關注。揭示其物理化學本質、認識其規律性是化學、化工科技發展中倍受關注的重要問題。
我們在認識Suzuki-Miyaura偶聯反應過程中，選擇了納米Pd替代在Suzuki-Miyaura偶聯反應過程中通常的均相Pd催化劑，發現在反應中起催化作用的活性物種是從納米Pd表面脫離進入溶液中的Pd原子（或團簇），從而啟發了我們在金屬有機均相催化劑和多相催化劑中去尋找內在的關聯。3金屬納米晶是否能在這二者間建立起一座可互穿的橋樑？
貴金屬單質和化合物作為一類重要的金屬有機均相催化劑和石油化工生產過程中重要的多相催化劑，如何在納米層次設法提高其活性和穩定性，減少其用量（尋找其替代品），提高使用效率和壽命，是催化工業中具有實際意義的重要課題。為此，我們發展了一種雙（多）金屬納米晶合成方法，通過優化其組成、暴露在表面的原子的種類、位置與比例，有望實現催化劑活性與選擇性的調控、減少貴金屬用量、發現新催化劑、新反應，揭示催化反應過程的奧秘。
如我們觀察到暴露不同晶面的Pt-Ni雙金屬納米晶在甲醇氧化反應中的活性差異，發現晶面的臺階密度與催化劑的抗中毒能力直接相關，加深了對金屬納米活性位元點的認識。4還比較了不同形狀（不同晶面）Pt-Ni雙金屬納米晶的加氫催化性能的選擇性和活性差異，5提出在納米尺度下選擇性合成具有均一晶面的不同形狀納米晶催化劑對於催化反應活性、專一性和選擇性研究具有重要的參考價值。
基於雙金屬納米晶可能存在不同晶面對氧氣結構敏感性活性差異的認識，合成出一種新穎的Pt-Ni空心籠子的納米結構，揭示了這種雙金屬空心結構的形成機制。6並在此基礎上發展了一種合金的可控性腐蝕的新方法，實現了Pt-Ni八面體與Pt-Ni凹多面體之間形貌的可逆的轉變，其暴露出了晶面具有更高的臺階原子密度，在甲醇的氧化中表現出了更好的活性；7Rh-Ni雙金屬催化劑在室溫下就能夠選擇性的活化N=O雙鍵以及苯環，並對反應有著接近100%的選擇性以及轉化率;8不同結構的Pd-Ag雙金屬納米晶如合金、混合物、異質結構等表現出對乙烯、乙炔加氫活性和選擇性的很大差異，9為進一步理解雙金屬納米材料催化劑表面的活性位點與其催化活性之間的關係，同時為納米催化材料的設計與可控合成提供了新的線索。
最近在金屬（合金）單質有機催化反應探索方面也取得了一些新進展：如發現系列金屬（合金）納米晶可以在室溫、常壓下活化氧分子，實現了系列若干重要化合物中N-H、C-H的活化、脫氫偶聯反應，形成了系列新的N-N、C-C、C-N、C=C、C=N等重要的化合物，10我們將嘗試從實驗和理論上加深對於金屬催化的三性：活性、選擇性、穩定性的理解，從化學鍵的本質、原子軌道、分子軌道理解催化的本質。
1 Brus, L. A simple model for the ionization potential, electron affinity, and aqueous redox potentials of small semiconductor crystallites. The Journal of chemical physics 79, 5566 (1983).
2 Haruta, M., Kobayashi, T., Sano, H. & Yamada, N. Novel gold catalysts for the oxidation of carbon monoxide at a temperature far below 0 C. Chem Lett 16, 405-408 (1987).
3 Niu, Z. & Li, Y. Evidences of an Oxidative-Addition Promoted Pd Leaching Mechanism in Suzuki Reaction by Pd Nanostructure Design. Chemistry - A European Journal (2012).
4 Niu, Z., Wang, D., Yu, R., Peng, Q. & Li, Y. Highly Branched Pt-Ni Nanocrystals Enclosed by Stepped Surface. Chem Sci (2012).
5 Wu, Y., Cai, S., Wang, D., He, W. & Li, Y. Syntheses of water-soluble Octahedral, Truncated Octahedral and Cubic Pt-Ni Nanocrystals and Their Structure-Activity Study in model Hydrogenation Reactions. J Am Chem Soc (2012).
6 Chen Chen, Z. H., Zhongwei Zhu, Wenyu Huang, Zhi Liu, Yadong Li, Gabor Somorjai, Peidong Yang. Structural Evolution of Bimetallic Nanocrystals: From PtNi3 Polyhedra to Pt3Ni Frameworks. (2012), unpublished results.
7 Yuen Wu, D. W., Pengcheng Chen, Gang Zhou, Zhiqiang Niu, Xun Hong, Yadong Li. Controllable “Top-down” Etching of Pt-Ni to Nano Concave Structures. (2012), unpublished results.
8 Duanhao Hong, Y. L. Rh-Ni bimetallic nanocatalysts for room-temperature hydrogenation of arenes, unpublished results.
9 unpublished results.
10 Shuangfei Cai, W. H., Yadong Li. Magic Metal Nanoparticles: Facile Activation of Oxygen at Room Temperature, unpublished results.
時間：自15時30分至17時00分
演講地點(地址): 化學系松柏講堂 (Song-Pei Lecture Hall, Dept. of Chemistry)
演講者: Prof. Yadong Li (李亞棟教授)
演講者職稱：Professor
演講者服務單位：Department of Chemistry, Tsinghua University, China
演講題目：金屬奈米催化
【Abstract】
1983年半導體量子點量子尺寸效應的發現，開啟了人們對物質在納米尺度上新的認識；11987年，Haruta納米Au在低溫CO催化氧化的發現，引發了對催化劑的思考。2隨著納米科技的不斷發展，納米材料在催化、能源、環境等領域中的應用令人期待。金屬納米材料作為常見的催化材料，其結構與催化性能的相關性備受關注。揭示其物理化學本質、認識其規律性是化學、化工科技發展中倍受關注的重要問題。
我們在認識Suzuki-Miyaura偶聯反應過程中，選擇了納米Pd替代在Suzuki-Miyaura偶聯反應過程中通常的均相Pd催化劑，發現在反應中起催化作用的活性物種是從納米Pd表面脫離進入溶液中的Pd原子（或團簇），從而啟發了我們在金屬有機均相催化劑和多相催化劑中去尋找內在的關聯。3金屬納米晶是否能在這二者間建立起一座可互穿的橋樑？
貴金屬單質和化合物作為一類重要的金屬有機均相催化劑和石油化工生產過程中重要的多相催化劑，如何在納米層次設法提高其活性和穩定性，減少其用量（尋找其替代品），提高使用效率和壽命，是催化工業中具有實際意義的重要課題。為此，我們發展了一種雙（多）金屬納米晶合成方法，通過優化其組成、暴露在表面的原子的種類、位置與比例，有望實現催化劑活性與選擇性的調控、減少貴金屬用量、發現新催化劑、新反應，揭示催化反應過程的奧秘。
如我們觀察到暴露不同晶面的Pt-Ni雙金屬納米晶在甲醇氧化反應中的活性差異，發現晶面的臺階密度與催化劑的抗中毒能力直接相關，加深了對金屬納米活性位元點的認識。4還比較了不同形狀（不同晶面）Pt-Ni雙金屬納米晶的加氫催化性能的選擇性和活性差異，5提出在納米尺度下選擇性合成具有均一晶面的不同形狀納米晶催化劑對於催化反應活性、專一性和選擇性研究具有重要的參考價值。
基於雙金屬納米晶可能存在不同晶面對氧氣結構敏感性活性差異的認識，合成出一種新穎的Pt-Ni空心籠子的納米結構，揭示了這種雙金屬空心結構的形成機制。6並在此基礎上發展了一種合金的可控性腐蝕的新方法，實現了Pt-Ni八面體與Pt-Ni凹多面體之間形貌的可逆的轉變，其暴露出了晶面具有更高的臺階原子密度，在甲醇的氧化中表現出了更好的活性；7Rh-Ni雙金屬催化劑在室溫下就能夠選擇性的活化N=O雙鍵以及苯環，並對反應有著接近100%的選擇性以及轉化率;8不同結構的Pd-Ag雙金屬納米晶如合金、混合物、異質結構等表現出對乙烯、乙炔加氫活性和選擇性的很大差異，9為進一步理解雙金屬納米材料催化劑表面的活性位點與其催化活性之間的關係，同時為納米催化材料的設計與可控合成提供了新的線索。
最近在金屬（合金）單質有機催化反應探索方面也取得了一些新進展：如發現系列金屬（合金）納米晶可以在室溫、常壓下活化氧分子，實現了系列若干重要化合物中N-H、C-H的活化、脫氫偶聯反應，形成了系列新的N-N、C-C、C-N、C=C、C=N等重要的化合物，10我們將嘗試從實驗和理論上加深對於金屬催化的三性：活性、選擇性、穩定性的理解，從化學鍵的本質、原子軌道、分子軌道理解催化的本質。
1 Brus, L. A simple model for the ionization potential, electron affinity, and aqueous redox potentials of small semiconductor crystallites. The Journal of chemical physics 79, 5566 (1983).
2 Haruta, M., Kobayashi, T., Sano, H. & Yamada, N. Novel gold catalysts for the oxidation of carbon monoxide at a temperature far below 0 C. Chem Lett 16, 405-408 (1987).
3 Niu, Z. & Li, Y. Evidences of an Oxidative-Addition Promoted Pd Leaching Mechanism in Suzuki Reaction by Pd Nanostructure Design. Chemistry - A European Journal (2012).
4 Niu, Z., Wang, D., Yu, R., Peng, Q. & Li, Y. Highly Branched Pt-Ni Nanocrystals Enclosed by Stepped Surface. Chem Sci (2012).
5 Wu, Y., Cai, S., Wang, D., He, W. & Li, Y. Syntheses of water-soluble Octahedral, Truncated Octahedral and Cubic Pt-Ni Nanocrystals and Their Structure-Activity Study in model Hydrogenation Reactions. J Am Chem Soc (2012).
6 Chen Chen, Z. H., Zhongwei Zhu, Wenyu Huang, Zhi Liu, Yadong Li, Gabor Somorjai, Peidong Yang. Structural Evolution of Bimetallic Nanocrystals: From PtNi3 Polyhedra to Pt3Ni Frameworks. (2012), unpublished results.
7 Yuen Wu, D. W., Pengcheng Chen, Gang Zhou, Zhiqiang Niu, Xun Hong, Yadong Li. Controllable “Top-down” Etching of Pt-Ni to Nano Concave Structures. (2012), unpublished results.
8 Duanhao Hong, Y. L. Rh-Ni bimetallic nanocatalysts for room-temperature hydrogenation of arenes, unpublished results.
9 unpublished results.
10 Shuangfei Cai, W. H., Yadong Li. Magic Metal Nanoparticles: Facile Activation of Oxygen at Room Temperature, unpublished results.