CO氧化反應(yīng)是空氣污染控制尤其是汽車尾氣控制和理論研究的重要反應(yīng)之一，并且由于CO氧化反應(yīng)相對(duì)具有代表性，常被用作模型反應(yīng)來研究氧化催化劑的行為。負(fù)載型金屬催化劑的界面位點(diǎn)是決定其催化性能的關(guān)鍵。單原子催化劑(SACs)通過使每個(gè)原子均與載體接觸，可以最大限度地增加界面活性位點(diǎn)。然而，單原子位點(diǎn)是否具有與納米催化劑界面位點(diǎn)相似的催化性能仍是一個(gè)懸而未決的問題。近日，兩篇Nature子刊相繼報(bào)道了單原子催化劑催化CO氧化反應(yīng)，讓我們?nèi)ヒ惶骄烤梗?/span>
亞利桑那州立大學(xué)的Jingyue Liu，Botao Qiao和清華大學(xué)的Jun Li等深入比較了負(fù)載型單原子Au催化劑和Au納米粒子(NPs)的催化性能。
研究發(fā)現(xiàn)，水的存在顯著促進(jìn)了單原子Au催化劑的CO氧化活性，而對(duì)NPs界面位點(diǎn)的促進(jìn)作用則要弱得多。H2O促進(jìn)作用使Au SAC的催化活性比工業(yè)三元催化劑高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
理論研究表明，H2O對(duì)SACs的顯著促進(jìn)作用來自于它們獨(dú)特的局域原子結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，促進(jìn)了CO+OH的高效反應(yīng)通道。
幾乎同一時(shí)間，通用汽車全球研發(fā)部的Ming Yang，密歇根大學(xué)Bryan R. Goldsmith和天津大學(xué)的Meiqing Shen等人報(bào)道了一種單原子Pt催化劑，該催化劑對(duì)CO氧化同樣展現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。
作者使用Pt1/CeO2作為“種子”制備出了一種Pt-O-Pt體系，該材料可以Pt8O14簇為理論模型，Pt原子的分散度維持在100%。
研究表明，在富氧條件下，Pt-O-Pt體系中Pt原子催化低溫CO氧化的活性是Pt1/CeO2的100-1000倍。高活性的原因在于Pt-O-Pt位點(diǎn)本身，而非Pt-O-Ce界面。這種策略具有普適性，類似的Pt-O-Pt位點(diǎn)可以建立在不同種類氧化鈰甚至氧化鋁上，這種 Pt-O-Pt原子對(duì)使得氧氣更容易活化。
參考文獻(xiàn)：
1. Shu Zhao, Fang Chen, Sibin Duan, Bin Shao, Tianbo Li, Hailian Tang, Qingquan Lin, Junying Zhang, Lin Li, Jiahui Huang, Nicolas Bion, Wei Liu, Hui Sun, Ai-Qin Wang, Masatake Haruta, Botao Qiao, Jun Li, Jingyue Liu & Tao Zhang.Remarkable active-site dependent H2O promoting effect in CO oxidation. Nat. Commun., 2019
Doi: 10.1038/s41467-019-11871-w
下載鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11871-w
2. Hui Wang, Jin-Xun Liu, Lawrence F. Allard, Sungsik Lee, Jilei Liu, Hang Li, Jianqiang Wang, Jun Wang, Se H. Oh, Wei Li, Maria Flytzani-Stephanopoulos, Meiqing Shen, Bryan R. Goldsmith & Ming Yang. Surpassing the single-atom catalytic activity limit through paired Pt-O-Pt ensemble built from isolated Pt1 atoms. Nat. Commun., 2019
Doi: 10.1038/s41467-019-11856-9
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