看大牛们如何“奇思妙想”|| Science：利用金属原子的高温移动性来制备热力学稳定的单原子Pt/CeO2催化剂

xukun 8年前 (2016-07-20) 9911浏览

引语：

日常生活中，马路上川流不息的车辆会排放出CO、NO和各类碳氢化合物这一类有害气体，从而会污染环境，降低空气质量。因此在机动车制造行业中，柴油氧化催化剂材料（DOCs）广泛运用在汽车尾气排放中，其中Pt金属对于该类氧化反应过程能起到高效催化作用（基于单原子的贵金属催化剂由于其具有高催化活性和对于催化底物的高催化选择性使得该类材料的应用受到广泛关注）。然而在高温氧化条件下，在氧化物载体上进行烧结的Pt纳米粒子容易形成尺寸较大的粒子（基于单原子的催化剂具有较强的移动性和聚集性质，使得该类材料在升温过程易于发生团聚作用），从而使得催化有效面积降低，因此催化反应效率得以下降。如何使得在高温长时间对催化剂使用过程中保持催化剂的效率不变一直是催化剂实际商用化的重点研究课题。

成果简介：

近期来自美国新墨西哥大学的Abhaya K. Datye（通讯作者）研究团队使用具有相同表面积且不同暴露晶面的Ce氧化粉体，并将CeO2和和Pt/Al氧化物催化剂混合置于空气条件下800℃热处理。研究人员巧妙得利用了金属原子的高温移动性制备出了一种耐高温的单原子Pt/CeO2催化剂。实验结果发现在高温热处理过程中，Pt金属粒子会发生移动并转移到CeO2表面被捕获。相关表征结果表明多面体和纳米棒型的CeO2与立方结构的CeO2相比，多面体的CeO2对于固定Pt原子的效率更高。同时高温合成条件保证了Pt原子与CeO2的结合位点处于最稳定的结合状态，因此可以制备出具有原子级分散和耐高温的催化剂材料。

图文导读：

图1. Pt金属原子从Al2O3转移到CeO2会使得Pt的（111）晶面的XRD衍射峰的降低。(A) 1wt% Pt/La-Al2O3 在空气中350℃煅烧处理5h后的透射电镜图。(B)该催化剂在空气中800℃煅烧10h后的透射电镜图。(C)图中尖锐的Pt的衍射峰是来自于透射电镜图(B)中的大颗粒。

图2. 通过将CeO2和Pt/La-Al2O3简单的混合在一起可以提高催化剂材料的催化活性。这机制简直就是失传的“乾坤大挪移”啊。(A)图解说明在高温煅烧过程中，CeO2如何捕捉Pt金属原子，并比较立方结构的CeO2比纳米棒或者多面体的CeO2更易于捕获Pt金属原子。（B）具有最弱Pt的XRD衍射峰的催化剂样品对于CO的氧化还原反应的催化效率最高。