增加載體與催化劑原子之間的相互作用可以提高金屬氧化物載體單原子催化劑的分散性和穩(wěn)定性。具體而言，當(dāng)載體與催化原子之間的相互作用強(qiáng)于催化劑原子之間的相互作用時(shí)，可以有效地防止催化劑原子的團(tuán)聚。
此外，金屬氧化物載體的氧空位為單原子的錨定提供了均勻的作用位點(diǎn)，由于提供了不飽和的配位位點(diǎn)，在單原子催化劑的制備中顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，為了制備高效穩(wěn)定的載體單原子催化劑，有必要進(jìn)一步增強(qiáng)固有相互作用，增加氧空位的數(shù)量。近日，南開(kāi)大學(xué)賈傳成、李光武和山東大學(xué)許效紅等在鈦酸鉀(KTO)納米線上制備單原子Pd(Pd/KTO)，其中TiO6八面體連接在一起形成層疊二維平面，K+離子位于二維層疊之間。選擇HCHO氧化反應(yīng)作為評(píng)價(jià)Pd/KTO催化劑催化活性的關(guān)鍵反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中，HCHO被氧化分解為CO2和H2O。與Pd1/TiO2催化劑相比，Pd1/KTO催化劑具有極高的活性和穩(wěn)定性，其中HCHO轉(zhuǎn)化率大于98%，而在Pd1/TiO2催化劑上HCHO轉(zhuǎn)化率低于45%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，催化劑的高活性來(lái)自高度分散的Pd和KTO的富氧空位。具體而言，在HCHO氧化反應(yīng)過(guò)程中，HCHO首先吸附在KTO的氧空位上；由于缺乏未被占用的氧空位，后來(lái)引入了氧吸附在Pd物種上。同時(shí)，本征K+離子在KTO中的存在阻止了Pd的團(tuán)聚，增強(qiáng)了Pd原子/團(tuán)簇的負(fù)電荷。因此，與Pd1/TiO2相比，所得Pd1/KTO催化劑中存在Pd原子和較小的Pd團(tuán)簇。這種較小的Pd物種具有更豐富的活性中心，有利于氧在催化劑表面的解離吸附，并且?guī)ж?fù)電荷的Pd有利于氧的活化，增強(qiáng)了Pd與O2形成反饋π*鍵，進(jìn)一步促進(jìn)了O2的吸附。此外，分解產(chǎn)生的CO中間體再吸附在Pd上，分子氧再吸附在釋放的氧空位上。因此，KTO的富氧空位和帶負(fù)電的表面進(jìn)一步促進(jìn)了HCHO的氧化。Potassium Titanate Supported Atomically Dispersed Palladium for Catalytic Oxidation. Advanced Science, 2022. DOI: 10.1002/advs.202204674
