Rational design of metal-oxide (m-oxide) hybrid nanocatalysts with oxide encapsulation is of fundamental importance to investigate the metal-support interaction and achieving higher thermal stability. Here, we prepared m-oxide hybrid nanocatalysts with oxide encapsulation (Pt/SiO2/ m-oxide, m-oxide = TiO2, Nb2O5, Ta2O5, CeO2) using a simple surface-modification chemical process. Briefly, Pt nanoparticles capped with PVP were successfully assembled on the functionalized SiO2 via electrostatic interaction and then an ultrathin layer of m-oxide was coated on the surface. Transmission electron microscopy (TEM) studies confirmed that Pt NPs were uniformly dispersed and distributed throughout the surface of SiO2 with a thin layer of m-oxide. In particular, energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) line mapping was employed to ensure the presence of a uniformly coated thin oxide layer of for constituent elements. The metal NPs were found well exposed to the outer surface, enabling surface characterization, including chemisorption and XPS. Even after calcination at 600 °C, the structure and morphology of the hybrid nanocatalysts remained intact, confirming high thermal stability. We investigated the effect of different types of the m-oxide coating, as an active support material, on the performance of catalytic activity of CO oxidation for Pt/SiO2/ m-oxide hybrid nanocatalysts with well exposed Pt nanoparticles. Turnover frequency (TOF) for all The catalytic activity was evaluated for high-temperature CO oxidation, better exposure of the m-oxide hybrid nanocatalysts are influenced based on type of oxide coating. Designing such metal-oxide hybrid structure with thin oxide encapsulation represent critical step advancement of model catalytic system for investigating the metal-support interaction improved thermal stability.
백금, 로듐, 루테늄과 같은 전이금속 나노 입자는 자동차 배기가스의 정화 및 석유화학공업 등과 같은 산업분야에서 널리 사용되고 있는 나노 촉매제로서, 촉매 활성이 높지만 비싼 가격과 열적, 기계적으로 낮은 안정성을 갖는다는 단점이 있다. 따라서 나노 촉매제의 단위 질량당 촉매 활성도를 증가시키는 것이 중요하며, 이를 위해 나노 입자와 산화물의 상호작용에 의해 나타나는 촉매와 지지체 간의 산의 상호작용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 금속 나노 촉매제 역할의 백금과 산화막인 세리아, 니오븀 펜타옥사이드, 티타니아, 탄탈륨 펜타오사이드 등의 환원성 산화물을 사용하여 나노입자와 산화물 사이의 계면이 촉매 활성도에 주는 영향을 좀 더 체계적으로 규명하고자 하였다. 동시에 백금 나노입자를 얇은 산화막을 코팅하는 것은 백금 촉매입자의 열적 안정성을 가져오고 이로 말미암은 백금 촉매의 활성화에 크게 도움이 될 것으로 기대된다. 하이브리드 나노 촉매의 열 안정성과 백금과 산화막 계면의 역할을 규명하기 위한 모델 반응으로써 일산화탄소 산화 반응이 실행되었다. 산화막을 가지는 하이브리드 나노촉매가 더욱 좋은 열 안정성 및 높은 촉매 활성도를 보여주며, 이러한 양상은 강한 금속-지지체 상호작용과 관련이 있다고 생각된다. 본 하이브리드 촉매는 열적, 화학적 안정성을 가지며 다양한 고온촉매응용분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
