实验评估与氧化铝载体上钯纳米颗粒烧结行为的动力学模型

《The Journal of Physical Chemistry C》：Experimental Assessments and Kinetic Models of Palladium Nanoparticle Sintering Behavior on Alumina Supports

本研究对比了胶体合成与初期湿润浸渍法制备的钯纳米颗粒在氧化铝支持物上的烧结行为。实验表明，还原性环境（H?）下初期湿润浸渍样品烧结更显著，而氧化性环境（O?）下胶体合成样品烧结更明显。通过Ostwald ripening动力学模型解释发现，胶体法颗粒分布更均匀且化学势较低，导致不同气体环境下的烧结差异。研究结果指出平均颗粒尺寸无法全面预测烧结行为，合成方法影响颗粒沉积及表面化学。

　　

负载在氧化铝上的钯纳米颗粒被广泛用作尾气处理中的催化剂。在烧结过程中，钯颗粒尺寸分布的变化受到初始钯纳米颗粒尺寸分布、钯颗粒与氧化物载体的表面异质性以及还原或氧化气体环境的影响。在本研究中，我们通过胶体合成（正态分布）或初期润湿浸渍（对数正态分布）方法，在不同的非晶态Al₂O₃载体（γ-Al₂O₃、掺镧γ-Al₂O₃）上制备了平均粒径相似但分布不同的钯纳米颗粒。在氧化（O₂，1073 K）和还原（H₂，1073 K）老化条件下，钯在γ-Al₂O₃和掺镧Al₂O₃上的烧结速率相似（通过透射电子显微镜（TEM）、氧吸附（O₂）和X射线衍射（XRD）进行量化）。从相同的平均钯颗粒尺寸出发，还原条件使得通过初期润湿浸渍法制备的样品烧结程度更大，而氧化条件则使得通过胶体合成法制备的样品烧结程度更大。这种样品间的差异可以用Ostwald熟化动力学模型来解释，该模型表明胶体合成的颗粒在载体不同区域形成，并且在暴露于氢气时比暴露于氧气时具有更低的化学势。与这些发现一致的是，使用胶体合成方法制备的样品在还原和氧化条件下的烧结速率与胶体合成法制备的材料相似。我们的结果表明，平均颗粒尺寸并不能完全预测颗粒的烧结行为，胶体合成方法可能会改变纳米颗粒的沉积方式、表面化学性质以及颗粒尺寸分布。