云南大学张浩教授团队：NiO煅烧温度调控对Pt催化剂性能的影响及微孔分析在催化研究中的应用

随着生物质资源转化技术的不断发展，5-羟甲基糠醛（HMF）选择性氧化为2,5-呋喃二甲酸（FDCA）作为制备可再生聚酯的关键反应，受到广泛关注。该反应通常依赖贵金属催化剂，并在碱性条件下进行，然而碱添加剂的使用增加了后续分离成本与环境负担。因此，开发无碱条件下的高效催化体系成为研究热点。近年来，过渡金属氧化物因其丰富的表面氧物种与可调控的织构性质，被视为理想载体材料。其中，NiO作为一种典型的p型半导体，其煅烧温度对载体结构与催化性能具有显著影响。

云南大学张浩等人发表在《Catalysis Communications》上的研究工作，系统探讨了NiO煅烧温度对Pt/NiO催化剂在无碱有氧氧化HMF反应中的性能影响，并通过多种表征手段揭示了其构效关系。本文将综述该研究的主要成果，并结合国仪量子SICOPE40微孔分析仪在材料表征中的技术优势，探讨其在催化材料研究中的实际应用价值。

本研究采用沉淀法制备Ni(OH)₂前驱体，随后在不同温度（400、500、600 ℃）下煅烧得到NiO载体，并通过PVP辅助吸附法负载1 wt% Pt制备Pt/NiO催化剂。利用ICP-MS、TEM、XRD、N₂物理吸附、H₂-TPR、O₂-TPD、XPS和EPR等手段对催化剂进行了系统表征。

结果表明，随着煅烧温度升高，NiO晶粒尺寸逐渐增大（17.6 nm至35.7 nm），比表面积由89 m²/g降至40 m²/g，孔径则由8.8 nm增大至15.8 nm。此外，低温煅烧（400 ℃）的NiO具备更丰富的活性氧物种与氧空位，其还原温度更低，氧迁移能力更强。

在无碱条件下，Pt/Ni₄₀₀催化剂表现出最优的催化性能：HMF转化率100%，FDCA选择性100%。随着煅烧温度升高，FDCA选择性下降，中间体FFCA积累增多。反应动力学研究表明，DFF氧化为FFCA是反应的快速步骤，而FFCA进一步氧化为FDCA为速率控制步骤。

通过关联表征与催化数据，作者发现初始反应速率与活性氧物种数量及氧空位浓度呈正相关。说明NiO表面的吸附氧与晶格氧在活化反应物与促进氧传递过程中发挥了关键作用。

【孔径结构表征】

在张浩等人的研究中，N₂物理吸附分析是评估NiO载体织构性质的核心手段。该测试使用国仪量子生产的V-Sorb 4800型比表面积与孔径分析仪，在77 K下进行，采用BET与BJH方法分别计算比表面积与孔径分布。

值得注意的是，该类分析对仪器的精度与模型灵活性要求极高。国仪量子推出的SICOPE40微孔分析仪，具备0.35–500 nm孔径范围的精准分析能力，比表面积重复精度≤1%，最可几孔径重复偏差≤0.02 nm，支持N₂、Ar、CO₂等多种非腐蚀性气体测试，并内置不少于40种NLDFT模型，可满足从微孔到介孔材料的全面表征需求。

尤其在催化材料如NiO、分子筛、MOFs等多孔材料研究中，SICOPE40的高通量四站同步分析、原位脱气功能与智能选点算法，能够有效提升数据可靠性与实验效率，为催化剂设计提供强有力的技术支持。

图1

图1展示了NiTc载体的氮气吸附等温线(A)和孔径分布(B)数据，其中(a)、(b)、(c)分别对应不同热处理温度的样品：Ni400c（400°C处理）、Ni500c（500°C处理）和Ni600c（600°C处理）‌。

【国仪量子SiCOPE40比表面积及孔径分析仪】

催化材料研究方向适用于SICOPE40微孔分析仪测试。在诸如NiO负载Pt催化剂的研究中，比表面积、孔径分布与孔体积是决定其催化性能的关键参数。SICOPE40微孔分析仪凭借其高精度气体控制系统、多站同步分析能力及丰富的理论模型（如BET、BJH、NLDFT等），可实现对介孔与微孔结构的精准表征，为催化剂设计与优化提供可靠数据支撑。尤其在生物质转化、氧化催化等前沿领域，SICOPE40在分辨微孔结构、评估活性位点分布方面展现出显著优势，是催化材料研究中不可或缺的分析工具。

此外，SICOPE40还广泛应用于电池材料、吸附分离、制药、环保等多个领域，如硅碳负极、活性炭、MOFs/COFs等材料的孔结构分析，助力新材料研发与产业化进程。

张浩等人的研究通过调控NiO煅烧温度，成功优化了Pt/NiO催化剂的织构与氧化还原性质，实现了无碱条件下HMF高效转化为FDCA。该工作不仅深化了对氧化物载体在氧化反应中作用机制的理解，也为生物质催化转化提供了新材料设计思路。

与此同时，如SICOPE40之类的高精度微孔分析仪器，正在成为多孔材料研究中不可或缺的工具。其卓越的分析性能与灵活的数据处理能力，为科研工作者提供了从结构表征到性能关联的全链条支持，推动催化科学与材料工程向更高水平发展。

国仪量子SiCOPE40 比表面积及孔径分析仪

产品特点

l 精准控气 效能提升

采用高精度比例阀与电磁阀联动控制技术，确保目标压力点的快速精准控制，大幅提升仪器运行效率，控气精度达±0.5 mmHg。

l 精准控漏 精度领航

创新性自研自锁阀、电磁阀等核心部件，技术自主可控，极低漏率为低压微孔段测试提供高精度保障。

l 模型精铸 洞见非凡

软件内置算法集成BET、Langmuir、HK等常用分析模型及不少于40种NLDFT模型；BET一键智能选点，解决微孔材料BET段前移的选点问题，消除不同人员处理数据的偏差。

l 无尘精装 稳定保障

核心模块在ISO Class 7万级洁净间（电镜级装配标准）完成全密封组装，相较传统装配环境洁净度提升两个数量级，确保气路系统的可靠性和稳定性。

l 自动后标 零氦测试

采用He-Free自由空间后置标定方案，从源头消除氦气残留对测试的干扰，为超微孔材料精准分析提供可靠方案。

l 灵活脱气 转移无忧

支持原位与异位两种脱气方式，提供空气隔离塞或真空隔离塞，保障微孔样品从脱气站转移至分析站过程零污染。

l 人性化设计 省力高效

垂直上推式防护门操作便捷、节省空间；杜瓦瓶设计符合人体工学，方便拿取；设备底座内嵌进度灯条实时反馈测试进度。

【参考文献】

1. Zhang, H. et al. Catalysis Communications, 2023.  

2. 国仪量子. SICOPE40微孔分析仪技术手册. 2023.