来源:X-MOL
究人员通过高温煅烧削弱了Pt/CeO2催化剂的金属-载体相互作用,并且消除了催化剂大部分的表面羟基,阻断了铂团簇再分散为单原子的路径,进而避免了铂团簇在氧化性气氛下的再分散。不仅如此,高温煅烧提升了表面铈位点的氧化还原灵敏性,实现了更高的Ce3+生成速率。稳定的铂团簇以及更迅速的表面氧化还原动力学提升了催化剂的一氧化碳催化氧化性能。
AC-HAADF-STEM以及CO-DRIFTS表明不同煅烧温度制备的催化剂都体现出单原子催化剂的结构特征。H2-TPR的结果显示高温煅烧的催化剂还原峰温度更低。经过氢气还原,高温煅烧的催化剂展现出铂团簇的结构特征。不同还原温度的CO-DRIFTS表明铂单原子转变为团簇的温度和H2-TPR中的还原温度高度匹配。这表明H2-TPR的还原温度和Pt–O键的断裂温度密切相关,因此H2-TPR的还原温度可以作为Pt-CeO2相互作用强弱的描述符。
Pt 4f的AP-XPS结果表明两个催化剂在300度氢气条件下都体现出零价铂占主导的特征,而当温度降到50度时,低温煅烧催化剂的零价铂比例显著降低,这是由氧化铈的反向氧溢流造成,体现出低温煅烧的催化剂拥有更强的Pt-CeO2相互作用。当测试条件转变为一氧化碳氧化的反应气氛时,高温煅烧的催化剂仍有可观的零价铂物种,而低温煅烧的催化剂则被完全氧化。NH3-DRIFTS以及CO-TPR都表明高温煅烧后的催化剂羟基含量显著降低,不利于铂的再分散。
Ce 3d的AP-XPS结果表明在氧化性气氛到还原性气氛切换的过程中,高温煅烧的催化剂可以产生更多的Ce3+位点。Operando UV-vis的结果以及时间分辨的UV-vis结果表明高温煅烧的催化剂在CO + O2 到CO的气氛切换中可以产生更多的Ce3+,并且Ce3+的生成更加迅速。高温煅烧的催化剂Ce3+生成的活化能也显著低于低温煅烧的催化剂,表明高温煅烧有利于提升Pt/CeO2催化剂表面的氧化还原灵活性,促进催化反应的进行。
本文利用高温煅烧削弱Pt-CeO2相互作用的同时去除催化剂表面羟基,维持了催化剂表面团簇在氧化反应中的稳定性。不及如此,催化剂表面的Ce3+/Ce4+氧化还原循环被促进,将氧气的活化位点转移到界面Ce3+位点上,进而阻止了团簇的氧化再分散。