锰基莫来石锚定的Pt亚纳米团簇催化剂可控制备和双功能CO氧化研究

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2018-03-02 20:03:34 作者: 所属分类:学术动态, 科研亮点 阅读:311

以Pt为代表的贵金属催化剂由于其优异催化活性和化学稳定性,被广泛应用于汽车尾气净化系统。Pt纳米颗粒作为活性中心,其表面原子是催化反应发生的主要场所,而且表面原子占总原子数的比例受纳米颗粒的尺寸影响十分明显。文献报道氧化物(如Al2O3,CeO2,FeOx等)负载的Pt亚纳米团簇相比于常规Pt纳米颗粒表现出更优的催化活性。特别的,当Pt纳米颗粒的尺寸达到单原子极限时,能够实现Pt原子的完全利用,而且会呈现优越的催化活性和选择性。然而,随着Pt纳米颗粒的尺寸减小,由于CO在Pt的低配位点(如棱边位点、顶角位点)具有较强的化学吸附,会带来严重的CO毒化问题,即低温下CO在Pt表面的吸附占据了Pt表面的活性位点,并且将限制随后的反应基元步,从而严重降低了Pt催化剂在低温下的催化活性。而且,CO毒化效应对于反应物或者中间产物中涉及CO的所有反应是一个共性的问题,如CO氧化、水煤气变换反应以及燃料电池中的电极反应等。

近期华中科技大学陈蓉教授与单斌教授领导的课题组成功利用先进的原子层沉积技术,实现了锰基莫来石表面Pt亚纳米团簇催化剂的可控制备,活性测试表明制备的复合催化剂相比于文献中报道的负载铂催化剂具有更好的低温CO氧化活性,有效地解决了CO中毒问题。利用高分辨透射电子显微镜观测到了由莫来石表面的Mn-Mn二聚体结构和Pt亚纳米团簇构成的双功能界面,X射线光电子能谱和X射线吸收光谱等表征结果证明了Pt与莫来石界面间的强相互作用。并且,利用原位CO漫反射红外吸收光谱,18O同位素标记实验和密度泛函理论计算证实了活性氧原子来源于双功能界面。相关工作与美国通用汽车公司合作,发表在Chem. Sci., 9, 2469 (2018)。课题组的博士生刘潇是论文第一作者。