纳米金催化剂在一氧化碳氧化、丙烯环氧化、醇醛的选择性氧化等众多反应中具有独特的催化反应性能，被认为是一种极具工业应用前景的催化剂。但是纳米金颗粒在高温焙烧或者催化反应过程（甚至低温催化反应）中容易烧结或聚集，导致其稳定性较差，极大地限制了纳米金催化剂的工业应用进程。因此，开发高稳定性的纳米金催化剂成为相关领域的研究重点之一。目前，通过金属载体强相互作用、氧化物包裹、分子筛孔道限制等多种方式，可以极大改善纳米金催化剂的稳定性，但是这些方法通常以牺牲部分活性位点为代价，因此纳米金催化剂的催化反应活性较差。
研究团队通过共沉淀的方式，将金和硅前躯体一步负载到氧化钛载体表面，通过高温焙烧得到氧化硅修饰的纳米金催化剂。该方法在制备上实现了金物种和氧化硅物种的原子级混合，并通过随后的焙烧过程，形成了氧化硅薄膜包裹的纳米金催化剂，仅有几个原子层厚度。该催化剂具有非常高的抗烧结性能，经过800 ℃的高温焙烧后，金颗粒尺寸可以保持在6 nm左右。同时，该催化剂具有非常高的反应活性，CO在0 ℃就可以完全被氧化。实验和理论计算表明，氧化硅的包裹不仅可以抑制金颗粒的长大，同时薄层氧化硅与金颗粒形成的丰富的Au-O-Si键可以促进CO氧化反应过程中氧气的吸附和活化，使催化剂具有极高的催化反应活性。本研究为新型高稳定高活性纳米金催化剂的开发提供了新思路。
该成果发表于《自然-通讯》（Nature Communications）上。相关工作得到国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项A“变革性洁净能源关键技术与示范”等项目的资助。同时，这也是献礼我所七十周年所庆文章之一。（文/图 张军营）
