錳基莫來石錨定的Pt亞納米團簇催化劑可控制備和雙功能CO氧化研究

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2018-03-02 20:03:34 作者: 所屬分類:學術動態, 科研亮點 閱讀:1265

以Pt為代表的貴金屬催化劑由于其優異催化活性和化學穩定性,被廣泛應用于汽車尾氣凈化系統。Pt納米顆粒作為活性中心,其表面原子是催化反應發生的主要場所,而且表面原子占總原子數的比例受納米顆粒的尺寸影響十分明顯。文獻報道氧化物(如Al2O3,CeO2,FeOx等)負載的Pt亞納米團簇相比于常規Pt納米顆粒表現出更優的催化活性。特別的,當Pt納米顆粒的尺寸達到單原子極限時,能夠實現Pt原子的完全利用,而且會呈現優越的催化活性和選擇性。然而,隨著Pt納米顆粒的尺寸減小,由于CO在Pt的低配位點(如棱邊位點、頂角位點)具有較強的化學吸附,會帶來嚴重的CO毒化問題,即低溫下CO在Pt表面的吸附占據了Pt表面的活性位點,并且將限制隨后的反應基元步,從而嚴重降低了Pt催化劑在低溫下的催化活性。而且,CO毒化效應對于反應物或者中間產物中涉及CO的所有反應是一個共性的問題,如CO氧化、水煤氣變換反應以及燃料電池中的電極反應等。

近期華中科技大學陳蓉教授與單斌教授領導的課題組成功利用先進的原子層沉積技術,實現了錳基莫來石表面Pt亞納米團簇催化劑的可控制備,活性測試表明制備的復合催化劑相比于文獻中報道的負載鉑催化劑具有更好的低溫CO氧化活性,有效地解決了CO中毒問題。利用高分辨透射電子顯微鏡觀測到了由莫來石表面的Mn-Mn二聚體結構和Pt亞納米團簇構成的雙功能界面,X射線光電子能譜和X射線吸收光譜等表征結果證明了Pt與莫來石界面間的強相互作用。并且,利用原位CO漫反射紅外吸收光譜,18O同位素標記實驗和密度泛函理論計算證實了活性氧原子來源于雙功能界面。相關工作與美國通用汽車公司合作,發表在Chem. Sci., 9, 2469 (2018)。課題組的博士生劉瀟是論文第一作者。

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