中国科学院百人计划入选者

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1、中国科学院“百人计划”入选者终期考核评估表姓名张铁锐聘用单位中科院理化技术研究所从事专业材料化学与物理研究领域微纳结构材料表界面到岗工作时间2009年11月获得择优支持年度2010联系电话010-82543428电子邮件tierui@mail.ipc.ac.cn中国科学院人事教育局制说明一、请入选者实事求是地填写表中内容。二、封面中的“入选年度”、“到岗工作时间”必须填写，否则视材料无效。所在单位需在封皮“聘用单位”处加盖单位公章。三、聘用单位需将人才专项经费的支出使用情况由聘用单位财务部门做出专题报告作为必备附件一并报院。专项经费若存在结余，需专门说明结余原因，并提交结余经

2、费使用计划。同时入选者还需附与聘用单位签订的工作目标任务书，年度考核等有关材料，获奖证明等相关材料。研究工作进展总体情况（包括已完成科学目标、成果在该领域所处地位、发表论文论著、实验室和人才队伍建设、获奖和经费情况）1.已完成的科学目标和取得的研究成果：在院“百人计划”项目执行期间，主要围绕微纳米结构材料的表界面构筑，针对纳米催化剂的活性、稳定性和可循环再利用性开展了一系列研究。具体研究进展如下：一、纳米催化剂的稳定性研究（1）高稳定石墨烯基催化剂的制备及其催化性能研究由于石墨烯独特的物理化学性质及其与其它材料的协同效应，以石墨烯为基础的复合催化剂在电催化、光催化领域引起科研

3、工作者的广泛关注，并取得一系列重要进展。相比之下，石墨烯基催化剂在热催化领域的发展仍较为缓慢。这主要归因于石墨烯基催化剂在热催化中的固有缺点：首先，石墨烯纳米片之间的强π–π相互作用力使催化剂团聚严重从而遮蔽了大量活性位点；其次，石墨烯与其表面负载的纳米催化剂之间作用力较弱，使得负载的纳米催化剂颗粒容易发生迁移、团聚长大从而降低甚至失去催化活性。因此，发展了新的策略来解决以上问题是石墨烯基催化剂在热催化领域广泛应用的前提。为解决上述难题，发展了一种“介孔SiO2封装保护”策略，成功地将石墨烯/铂纳米颗粒复合催化剂封装在介孔二氧化硅纳米片中。这种三明治结构不仅能够利用介孔SiO

4、2的限域空间有效抑制金属纳米颗粒在石墨烯表面的团聚和长大，使催化剂在高达700oC的高温条件下仍然能够保持稳定，还可以减少石墨烯纳米片之间的π–π相互作用，使该复合催化剂在溶液中具有优异的分散性能。这种介孔SiO2保护的催化剂不仅在硝基苯加氢反应中显示出较高的催化活性和可多次循环使用性能，而且在诸如一氧化碳氧化和水汽反应等高温气相催化反应中也都显示出极佳的稳定性。此外，即使该催化剂被有机毒化分子毒化，也可以通过简单的热处理完全恢复活性。该方法还具有很好的通用性，铂纳米颗粒可以替换成诸如钯、钌等其它金属纳米催化剂。相关研究结果已申请国家发明专利1项（专利号：2012104106

5、61.2），并以“热点文章（hotpaper）”形式发表在国际化学领域顶级期刊德国应用化学（Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,250），同时被选为当期“内封面（insidecover）”向读者重点推荐。随后国际著名科学媒体MaterialsViews以“Arobustgraphene-supportedcatalyst”为题对该研究进行了亮点点评（highlight）。该报道认为，这种石墨烯模板和“介孔二氧化硅封装保护”策略的组合提供了一个健壮的开发高稳定工业相关催化剂的平台。《中国科学报》也对该文章进行了详细报道，该报道认为通过给石墨烯安上“莲蓬头”，在抑

6、制纳米颗粒团聚的基础上同时保证其高活性，这项研究提供了一个高稳定性的石墨烯/金属复合催化剂平台，为进一步探索其催化性能提供了基础，解决了走向实际应用中的主要难题之一。图1介孔二氧化硅封装石墨烯基催化剂的TEM图、高温催化稳定性测试图和结构示意图（1）“表面保护性刻蚀”自模板法制备“摇铃”型催化剂将纳米催化剂颗粒限域在介孔空心球壳内形成“摇铃型”结构，可显著提升纳米催化剂的稳定性。制备这种“摇铃型”催化剂体系，通产采用传统的模板法。但模板法具有反应步骤多和使用额外模板等众多缺点，限制了“摇铃型”催化剂的广泛发展。基于此，发展了一种以纯水作为刻蚀剂的“表面保护性刻蚀”自模板方法，

7、在较温和的反应条件下可以很容易地将尺寸在几十纳米到几百纳米范围内的实心SiO2及包覆有SiO2的核壳纳米结构转变为介孔空心或“摇铃型”型结构。这种新的自模板方法具有非常好的普适性，解决了之前发展的以强碱作为刻蚀剂的“表面保护性刻蚀”自模板方法在制备介孔空心材料中所遇到的一些难题：（1）对于较薄或尺寸较小（小于100nm）的SiO2难以利用强碱（例如NaOH）进行可控的刻蚀；（2）对含有碱敏感性材料的介孔空心SiO2复合纳米结构的可控制备不具有适用性。该研究成果发表在国际核心期刊Phys.Chem.Che