1

研究内容

高活性 单原子 催化剂 (SACs)的开发及其在工业有害烃类 氧化 中的内在活性位点的确定具有挑战性的前景。调节电子-金属-载体相互作用(EMSIs)可以有效地调节SACs的催化性能。

近日,西安交通大学何炽教授和中国地质大学(武汉)余家国教授提出EMSIs对Pt1-CuO SAC的调控可以显著促进其 丙酮 氧化活性。该EMSI旨在通过统一的Pt-O-Cu基团促进电荷再分配,从而调节原子Pt位点的d带结构,增强对反应物的吸附和活化。相关研究工作以“Modulating the Electronic Metal-Support Interactions in Single Atom Pt1-CuO Catalyst for Boosting Acetone Oxidation”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

2

研究要点

要点1.作者使Pt原子通过不同的键合方式固定在CuO载体上,从而形成不同的EMSI。与Pt1/CuO和批量掺杂的Pt1@CuO样品相比,具有统一的Pt-O-Cu的Pt1-CuO催化剂表现出最强的EMSI。

要点2.带正电的铂原子在低温下更容易活化丙酮,而拉伸的Cu-O键又反过来促进晶格氧的活化参与后续氧化。

要点3.结果表明,EMSIs对Pt1-CuO SAC的调控显著提高了其低温活性,在210℃下,800 ppm以上的丙酮可完全分解,GHSV为42,000 h-1。这种EMSI通过电子从Pt原子转移到CuO载体,促进了电荷的再分配,从而调节了Pt原子的d带结构,增强了反应物的吸附和活化。因此,降低了能量垒,促进了速率限制步骤。

这种EMSI调制的一般效应也被证明不限于丙酮氧化,将指导研究人员在碳氢化合物氧化反应中设计高效SAC。

3

研究图文

打开网易新闻 查看精彩图片

图1. 对合成的单原子催化剂进行了描述和结构优化。

打开网易新闻 查看精彩图片

图2. (a)单原子Pt1-CuO催化剂的像差校正STEM,比例尺为1 nm。(b) CO在合成催化剂上吸附的红外光谱。(c) Pt L3-edge EXAFS数据的r空间光谱。(d)制备的催化剂的Pt l3边归一化XANES曲线。(e) Pt 4d5/2,(f) Cu 2p,(g) Cu LMM XPS光谱。

打开网易新闻 查看精彩图片

图 3.评估了(a)活性,(b)周转频率,(c)合成催化剂在丙酮催化氧化中的阿伦尼乌斯图。(d) Pt1-CuO催化剂氧化典型工业有机污染物的起燃曲线。(e) Pt1-CuO和Pt1/CuO催化剂在不同反应气氛下对丙酮氧化的稳定性测试。

打开网易新闻 查看精彩图片

图4.(a) Pt1-CuO和(b) Pt1/CuO催化剂上丙酮氧化的原位漂移随温度从100到260°C的变化。不同反应条件下丙酮氧化的原位DRIFTS: (c) 140°C在Pt1-CuO催化剂上,(d) 180°C在Pt1/CuO催化剂上。

打开网易新闻 查看精彩图片

图 5. 计算(a) Pt1-CuO, (b) Pt1/CuO和(c) Pt1@CuO催化剂的电荷密度差(侧视图)。(e)提出了EMSI调制Pt1-CuO催化剂上丙酮氧化的内在机理。

4

文献详情

Modulatingthe Electronic Metal-Support Interactions in Single-Atom Pt1-CuO Catalyst for Boosting Acetone Oxidation

Zeyu Jiang, Mingjiao Tian, Meizan Jing, Shouning Chai, Yanfei Jian, Changwei Chen, Mark Douthwaite, Lirong Zheng, Mudi Ma, Weiyu Song, Jian Liu, Jiaguo Yu,* Chi He*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202200763

加编辑微信进入微信交流群:HormoChem

版权声明:「崛步化学」旨在分享学习交流化学、材料等领域的最新资讯及研究进展。编辑水平有限,上述仅代表个人观点。投稿,荐稿或合作请后台联系编辑。感谢各位关注!