看大牛們如何“奇思妙想”|| Science：利用金屬原子的高溫移動性來制備熱力學穩定的單原子Pt/CeO2催化劑

xukun 7年前 (2016-07-20) 8550瀏覽

引語：

日常生活中，馬路上川流不息的車輛會排放出CO、NO和各類碳氫化合物這一類有害氣體，從而會污染環境，降低空氣質量。因此在機動車制造行業中，柴油氧化催化劑材料（DOCs）廣泛運用在汽車尾氣排放中，其中Pt金屬對于該類氧化反應過程能起到高效催化作用（基于單原子的貴金屬催化劑由于其具有高催化活性和對于催化底物的高催化選擇性使得該類材料的應用受到廣泛關注）。然而在高溫氧化條件下，在氧化物載體上進行燒結的Pt納米粒子容易形成尺寸較大的粒子（基于單原子的催化劑具有較強的移動性和聚集性質，使得該類材料在升溫過程易于發生團聚作用），從而使得催化有效面積降低，因此催化反應效率得以下降。如何使得在高溫長時間對催化劑使用過程中保持催化劑的效率不變一直是催化劑實際商用化的重點研究課題。

成果簡介：

近期來自美國新墨西哥大學的Abhaya K. Datye（通訊作者）研究團隊使用具有相同表面積且不同暴露晶面的Ce氧化粉體，并將CeO2和和Pt/Al氧化物催化劑混合置于空氣條件下800℃熱處理。研究人員巧妙得利用了金屬原子的高溫移動性制備出了一種耐高溫的單原子Pt/CeO2催化劑。實驗結果發現在高溫熱處理過程中，Pt金屬粒子會發生移動并轉移到CeO2表面被捕獲。相關表征結果表明多面體和納米棒型的CeO2與立方結構的CeO2相比，多面體的CeO2對于固定Pt原子的效率更高。同時高溫合成條件保證了Pt原子與CeO2的結合位點處于最穩定的結合狀態，因此可以制備出具有原子級分散和耐高溫的催化劑材料。

圖文導讀：

圖1. Pt金屬原子從Al2O3轉移到CeO2會使得Pt的（111）晶面的XRD衍射峰的降低。(A) 1wt% Pt/La-Al2O3 在空氣中350℃煅燒處理5h后的透射電鏡圖。(B)該催化劑在空氣中800℃煅燒10h后的透射電鏡圖。(C)圖中尖銳的Pt的衍射峰是來自于透射電鏡圖(B)中的大顆粒。

圖2. 通過將CeO2和Pt/La-Al2O3簡單的混合在一起可以提高催化劑材料的催化活性。這機制簡直就是失傳的“乾坤大挪移”啊。(A)圖解說明在高溫煅燒過程中，CeO2如何捕捉Pt金屬原子，并比較立方結構的CeO2比納米棒或者多面體的CeO2更易于捕獲Pt金屬原子。（B）具有最弱Pt的XRD衍射峰的催化劑樣品對于CO的氧化還原反應的催化效率最高。