單原子催化劑能特別有效地利用昂貴的貴金屬并能產(chǎn)生獨(dú)特的性質(zhì)，然而由于燒結(jié)催化劑的穩(wěn)定性有限通常會影響其應(yīng)用。盡管可以通過將金屬原子錨定在氧化物載體上抑制燒結(jié)帶來的影響，但強(qiáng)烈的金屬-氧相互作用通常會留下太少的金屬位點(diǎn)可用于反應(yīng)物結(jié)合和催化。
在這里，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰，華盛頓州立大學(xué)王勇，加利福尼亞大學(xué)Gates Bruce C.和亞利桑那州立大學(xué)劉景月（共同通訊）等人展示了將原子分散的金屬原子限制在氧化物納米簇或“納米膠”上，可以增強(qiáng)錨定的有益效應(yīng)，并且這些納米膠本身分散并固定在一個堅固的、高表面積的載體上。通過將分離的和有缺陷的CeOx “納米膠”島與高比表面積的SiO2相結(jié)合來證明這一策略，平均每個納米膠島擁有一個Pt原子。結(jié)果表明，在高溫下Pt原子在氧化還原環(huán)境中均保持分散狀態(tài)，活性催化劑對CO的氧化活性顯著提高。在還原條件下穩(wěn)定性的提高歸因于支撐結(jié)構(gòu)和Pt原子對CeOx比對SiO2有更強(qiáng)的親和力，這保證了Pt原子能夠移動但仍然局限于它們各自的納米膠島。CeOx納米膠島含有豐富的Ce3+，即使在高溫下，它也能在O2或H2環(huán)境下錨定Pt原子和小團(tuán)簇。催化劑（0.4% Pt1/CeOx/SiO2）在氧化還原環(huán)境下的穩(wěn)定性為未來的研究提供了新的機(jī)遇。更重要的是，在研究中發(fā)現(xiàn)許多催化劑中的活性相是通過還原先形成的。這些觀察結(jié)果說明了CeOx 納米膠設(shè)計策略的價值，通過可伸縮的強(qiáng)靜電吸附過程還實現(xiàn)了將平均尺寸為2 nm或更小的CeOx (x ≈1.86)納米膠島分散到堅固的，高表面積SiO2支撐上，然后選擇性地將Pt原子定位在這些島上。然而，實際應(yīng)用的挑戰(zhàn)仍然存在，例如Pt1原子可逆氧化，以及在較高溫度（如300°C）氧化條件下催化劑活性的降低。但是本文的策略是通過適用于Pt以外的金屬（包括Pd和Rh）的功能性納米膠來限制金屬原子，并且從原則上講，它能夠產(chǎn)生廣泛的單原子和簇催化劑。使用功能性納米膠來限制原子分散的金屬并同時提高它們的反應(yīng)活性的策略是普遍的，本文的研究結(jié)果將被證明對許多催化轉(zhuǎn)化有用并且本文的研究結(jié)果將使單原子催化劑更接近實際應(yīng)用。Functional CeOx Nanoglues for Robust Atomically Dispersed Catalysts, Nature, 2022, DOI：10.1038/s41586-022-05251-6.https://www.nature.com/articles/s41586-022-05251-6.
