Selective oxidation with dioxygen by gold nanoparticle catalysts derived from 55-atom clusters

催化作用 胶体金 纳米颗粒 惰性 纳米技术 苯乙烯 化学 化学工程 Atom(片上系统) 金属 光化学 材料科学 化学物理 有机化学 共聚物 聚合物 计算机科学 工程类 嵌入式系统
作者
Mark Turner,Vladimir B. Golovko,Owain Vaughan,Pavel Abdulkin,Ángel Berenguer‐Murcia,Mintcho S. Tikhov,Brian F. G. Johnson,Richard M. Lambert
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:454 (7207): 981-983 被引量:1297
标识
DOI:10.1038/nature07194
摘要

Supported gold nanoparticles have excited much interest owing to their unusual and somewhat unexpected catalytic properties1,2,3,4,5,6,7, but the origin of the catalytic activity is still not fully understood. Experimental work4 on gold particles supported on a titanium dioxide (110) single-crystal surface has established a striking size threshold effect associated with a metal-to-insulator transition, with gold particles catalytically active only if their diameters fall below ∼3.5 nm. However, the remarkable catalytic behaviour might also in part arise from strong electronic interaction between the gold and the titanium dioxide support2,3,5. In the case of industrially important selective oxidation reactions, explanation of the effectiveness of gold nanoparticle catalysts is complicated by the need for additives to drive the reaction5,7,8, and/or the presence of strong support interactions and incomplete understanding of their possible catalytic role1,2,3,5. Here we show that very small gold entities (∼1.4 nm) derived from 55-atom gold clusters and supported on inert materials are efficient and robust catalysts for the selective oxidation of styrene by dioxygen. We find a sharp size threshold in catalytic activity, in that particles with diameters of ∼2 nm and above are completely inactive. Our observations suggest that catalytic activity arises from the altered electronic structure intrinsic to small gold nanoparticles, and that the use of 55-atom gold clusters may prove a viable route to the synthesis of robust gold catalysts suited to practical application.
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