對多相催化劑中活性位點(diǎn)的基本了解對于開發(fā)有效的催化劑極為重要。然而，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括尺寸和特定的原子構(gòu)型，很難識(shí)別其催化活性位點(diǎn)。
基于此，北京大學(xué)馬丁和中科院金屬研究所劉洪陽等通過改變Pt含量和合成方法在原子水平上實(shí)現(xiàn)了對Pt種類的調(diào)控，以生成Pt單原子(Pt1)、完全暴露的Pt簇(Ptn)和負(fù)載在納米金剛石上的Pt納米顆粒(Ptp)/石墨烯(ND@G)，以研究納米碳負(fù)載的Pt催化劑在低溫CO氧化中的活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)。ND@G納米碳具有核殼結(jié)構(gòu)，納米金剛石核被幾層富含缺陷的石墨烯殼覆蓋，其作為一種新型基材在強(qiáng)力錨定金屬方面起著至關(guān)重要的作用。通過改變Pt負(fù)載量，可以很好地控制Pt配置以產(chǎn)生不同的Pt種類：孤立的單個(gè)原子、完全暴露的簇和納米顆粒。CO氧化性能測試結(jié)果表明，0.5 wt % Ptn/ND@G在30 °C時(shí)的TOF為125.3 molCO molPt-1 h-1；在相同的Pt負(fù)載量下，0.5 wt % Pt/SiO2與Pt NPs在低溫下沒有表現(xiàn)出CO氧化性能，這意味著ND@G雜化載體可能與Pt簇具有強(qiáng)相互作用。完全暴露的Pt簇(0.5 wt % Ptn / ND@G)在惰性納米碳載體上作為活性物種表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫CO氧化活性和低活化勢壘，這歸因于其接近100%的Pt分散和擁有多個(gè)活性位點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，在完全暴露的Pt簇上，較弱的CO吸附、增強(qiáng)的O2解離吸附(與Pt納米顆粒相比)和更有利的鄰近反應(yīng)物吸附位點(diǎn)(與Pt單原子相比)導(dǎo)致0.5 wt% Ptn / ND@G在極低溫下能夠高效催化CO氧化。Fully Exposed Platinum Clusters on a Nanodiamond/Graphene Hybrid for Efficient Low-Temperature CO Oxidation. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c02769
