近日，我校化工与环境生命学部梁长海教授“先进材料与催化工程”研究组，在过渡金属硅化物催化新材料方面取得重要新进展。陈霄博士为第一作者的研究论文“Silicon – nickel intermetallic compounds supported on silica as a highly efficient catalyst for CO methanation”发表在英国皇家化学学会(Royal Society of Chemistry)的《催化科学与技术》(Catal. Sci. Technol., 2014, 4, 53–61) 杂志上，并被选为2014年第1期内封面进行重点报道。该研究工作根据硅化物的物理和化学性质，设计并制备了具有耐硫和CO、抗烧结和抗积炭的Si-Ni/SiO2甲烷化催化新材料。 

 

        过渡金属硅化物是非金属硅原子进入过渡金属的晶格所形成的一类金属间化合物。当Si原子插入过渡金属的点阵中，原子d-电子键合强度变弱，Si的能态和金属轨道之间发生耦合，使得金属硅化物的电子结构和几何结构的多样性，从而具有不同于金属特殊的物理和化学性能，例如：高熔点、低电阻率、较好的传热性以及优异的耐高温、耐氧化和耐腐蚀等性能，已被广泛用于电热元件、集成电路和高温抗氧化涂层等领域。然而，在催化应用方面，过渡金属硅化物作为催化新材料的研究还比较少。

        2008年以来，梁长海研究组在过渡金属硅化物催化新材料的控制合成和催化性能方面开展了深入的研究。首先发展了分别以M(SiR3)x(CO)y(M=Co, Fe, Mn; R=Cl, H)为前体，以SiO2等为载体，采用金属有机化学气相沉积法（MOCVD）制备了负载型硅化钴、硅化铁和硅化锰催化新材料，所制备负载型硅化物催化剂在芳烃和炔烃的选择加氢反应中显示了良好的活性和选择性。相关结果发表在Chem. Commun., 2009, 2047,J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 3962 和Stud. Surf. Sci. Catal., 2010, 175, 259。硅化物的MOCVD形成机理也通过原位红外光谱进行了澄清(Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 9432, Chem. Vap. Depos., 2013, 19, 68)。 

        梁长海研究组还以SiH4为硅源，通过程序升温硅化法成功制备了不同相态的过渡金属硅化物催化新材料，发现了硅化镍在苯乙炔、1,4-丁炔二醇、肉桂醛等加氢反应中具有较高催化活性和对目标产物的选择性。相关结果已发表在J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 16525、Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51, 3604和Mater. Res. Bull., 2012, 47, 867。同时，所制备的金属硅化物(硅化镍、硅化铁)在磁学方面也表现出特殊的性能。相关结果发表在J. Mater. Chem., 2012, 22, 609, RSC Adv., 2014, 4, 653和Phys. Status Solidi A, DOI: 10.1002/pssa.201330076。将硅化镍催化剂首次应用于加氢脱硫反应中，发现其具有很好的活性和高耐硫性，且较传统的硫化物催化剂和过渡金属磷化物催化剂具有更高的直接脱硫(DDS)选择性。同时，发现镍钴双金属硅化物催化剂中富镍的Ni0.75Co0.25Si2催化剂较单金属硅化物具有更高的加氢脱硫活性和HYD选择性和较高抗硫性能。相关结果已发表在J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 24968和RSC Adv., 2013, 3, 1728。 

 

        梁长海教授在过渡金属硅化物催化新材料方面的研究也得到了国际同行专家的认可。其中国际著名催化学者瑞士ETH Zurich的Prins教授和英国Glasgow大学Hargreaves教授都认为过渡金属硅化物是一种应该进一步探索和发展的重要加氢和氢解催化新材料。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目的连续支持(20973029和21373038)、以及教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-07-0133)和高等学校博士学科点专项科研基金新教师项目(20070141048)等项目资助。