第一作者：Lu-ning Chen
通訊作者：Ji Su, Gabor A. Somorjai
通訊單位：勞倫斯伯克利國家實驗室
研究亮點：
1. 系統對比了單位點催化劑和納米顆粒催化劑的產氫效率。
2. 深入研究了Pt/CeO2催化甲醇產氫的機理。
單原子催化產氫
氫氣具有很高的重量能量密度并且僅在燃燒時產生水，被視為有吸引力的能源載體。然而，由于其低的體積能量密度，在實際的氫存儲和運輸中仍然存在一些挑戰。在最近的十年中，使用液態有機分子化學鍵作為氫載體原位產生氫提供了一種可行的方法來潛在地解決該問題。
甲醇是液態儲氫的絕佳載體之一，而原子級分散催化劑在催化甲醇產氫領域表現出獨特的優勢。但是，和傳統的納米顆粒催化劑相比，單原子（單位點）催化劑比到底有多大潛力，活性納米顆粒的尺寸如何影響整個反應體系，還需要更多深入和系統的研究。
成果簡介
有鑒于此，勞倫斯伯克利國家實驗室Gabor A. Somorjai和Ji Su等人使用甲醇作為氫載體，系統對比了單位點Pt1/CeO2和2.5 nm Pt/CeO2、7.0 nm Pt/CeO2三種催化劑的產氫性能。
要點1. 合成方法
單位點催化劑的制備：以多孔CeO2納米棒作為載體，通過抗壞血酸還原法直接合成Pt1/CeO2催化劑。
納米顆粒催化劑的制備：預先合成2.5 nm和7.0 nm的Pt納米顆粒，然后和多孔CeO2納米棒作載體混合，最后通過紫外-臭氧處理去除金屬納米顆粒表面配體。
圖1. 催化劑表征
要點2. 性能對比
在催化甲醇產氫反應中，與傳統的納米顆粒催化劑相比，單位點催化劑顯示出優異的氫生成效率，比2.5 nm Pt/CeO2催化劑高40倍，比7.0 nm Pt/CeO2催化劑高800倍。
圖2. 催化性能對比
要點3. 機理研究
DFT計算和各種表征手段表明，在低溫條件下，甲醇分子吸附在Pt表面，然后斷裂O-H鍵，形成CH3O*；然后三個C-H斷裂，形成COads和Hads物種。由于當Pt的尺寸更小的時候，缺陷位和臺階位C-H鍵和O-H鍵斷裂的能壘更低，所以，單位點Pt1/CeO2催化劑更容易分解產氫。
圖3. 同步輻射研究
小結
該工作系統而深入，是Gabor A. Somorjai老先生的一貫風格。這一研究進一步凸顯了單位點催化劑的優勢，并為進一步合理設計高效催化劑以實現可持續的儲能鋪平了道路。
參考文獻：
Lu-Ning Chen et al. Efficient Hydrogen Production from Methanol Using ASingle-Site Pt1/CeO2 Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2019
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09431
