科研進(jìn)展
蘭州化物所單原子Pt-O-Si界面誘導(dǎo)活化H2O提升VOCs低溫氧化性能研究獲新進(jìn)展
優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐毒性等關(guān)鍵性能指標(biāo)對(duì)開(kāi)發(fā)實(shí)用型的單原子催化劑至關(guān)重要。鉑基催化劑憑借其優(yōu)異的催化活性被廣泛應(yīng)用于VOCs的催化氧化，然而，實(shí)際工況下VOCs廢氣組分復(fù)雜，鉑單原子催化劑由于高暴露的原子活性位點(diǎn)極易與H2O、SO2等雜質(zhì)氣體大面積接觸而發(fā)生中毒失活的現(xiàn)象。因此，研究人員重點(diǎn)致力于提高單原子Pt催化劑在VOCs催化燃燒領(lǐng)域的耐毒性研究。特別是含水工況下，單原子Pt基催化劑極易失活，限制了它的應(yīng)用。
圖1.?單原子Pt1/CeO2@SiO2催化劑的AC-HAADF-STEM圖和XAS圖
近日，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所精細(xì)石油化工中間體國(guó)家工程研究中心唐志誠(chéng)研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種超薄SiO2殼層輔助策略，即在Pt1/CeO2表面構(gòu)建一層超薄SiO2殼層，在通水過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生Pt-O-Si活性界面，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)Pt單原子的限域錨定和分離，而且有助于促進(jìn)H2O分子在該活性位點(diǎn)的活化，形成活性氧物種，從而顯著提升含水工況下催化劑的VOCs低溫氧化活性。
圖2.?含水工況下新活性氧物種的產(chǎn)生和催化反應(yīng)機(jī)理
前期研究工作也證明（Appl. Catal. B: Environ. Energy,2024,346,123779;Appl. Catal. B: Environ. Energy,2024,345,123687;Appl. Catal. B: Environ.,2024,343,123482;J. Catal.,2022,412,42-58），水的引入會(huì)與貴金屬之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，進(jìn)而產(chǎn)生活性較低的M-(OH)x或抑制活性中心，最終導(dǎo)致催化劑中毒。在此基礎(chǔ)上，研究人員借助系列原位表征技術(shù)，創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn)超薄SiO2殼層限域的單原子Pt1/CeO2催化劑中，由于核殼界面處局部電子結(jié)構(gòu)的變化助力了H2O和O2發(fā)生質(zhì)子化作用并生成新的活性氧物種，有效增強(qiáng)Pt1/CeO2@SiO2催化劑的抗水性，在含水條件下單原子Pt的氧化活性顯著提升。
相關(guān)成果近期以“Silica-assisted Pt1/CeO2 single-atom catalyst for enhancing the catalytic combustion performance of VOCs by inducing H2O activation”為題發(fā)表在Applied Catalysis B: Environment and Energy (Appl. Catal. B: Environ. Energy,2024,354,124152,https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124152)上。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上、中國(guó)科學(xué)院西部之光、甘肅省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、甘肅省自然科學(xué)基金、蘭州市人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等項(xiàng)目的支持。
