2011年張濤等首次提出單原子催化概念以來，單原子催化劑(SACs)由于其特殊的活性、選擇性以及原子利用率最大化等特點(diǎn)，逐漸成為催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。單原子催化劑載體的復(fù)雜性導(dǎo)致了單原子配位環(huán)境的差異性以及單原子物種的多樣性。目前，有大量的工作針對單原子物種的多樣性進(jìn)行了定性研究，然而對于同一單原子催化劑中不同單原子的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化調(diào)控以及單原子物種的定量描述仍有待進(jìn)一步探索。
楊冰等長期致力于單原子催化劑動(dòng)態(tài)演化與原位電子顯微識別研究(Chem，2022;Nat. Commun.，2021;Nat. Catal.，2020)，通過前期一系列工作，揭示了氣氛環(huán)境對單原子、原子簇、納米顆粒之間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵作用，并發(fā)展了基于“氣氛—金屬—載體”三相界面作用的催化劑精準(zhǔn)創(chuàng)制策略(ACS Catal.，2023;ACS Catal.，2022;Small Struct., 2022)。
在本工作中，研究人員通過氧氣和氮?dú)鈿夥辗稚⒎椒?，制備了兩種Pt1/CeO2單原子催化劑;利用原位透射電鏡揭示了Pt NPs動(dòng)態(tài)分散至Pt SA的過程，并驗(yàn)證了不同Pt SA的可逆轉(zhuǎn)化。XPS Pt 4f和EXAFS結(jié)果證明，兩種不同Pt1/CeO2單原子催化劑具有相近的氧化態(tài)(~+2.2)和Pt-O配位數(shù)(~4.5)。而H2-TPR和XPS Ce 3d 分析結(jié)果顯示，氮?dú)夥稚⒌玫降膯卧哟呋瘎┚哂懈嗟腃e3+以及氧空位(Ov)。
研究人員采用DFT對大量不同單原子配位結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，并與拉曼光譜對照，確定了催化劑表面主要存在的三種單原子物種及其構(gòu)型，即Pt1O4-Ce3+-Ov, Pt1O4-Ce4+和Pt1O6-Ce4+;并通過半定量計(jì)算，解析兩種催化劑中不同單原子物種的統(tǒng)計(jì)分布。結(jié)果表明，僅占14.2%的Pt1O4-Ce3+-Ov單原子物種貢獻(xiàn)了最高的CO氧化活性。該定量方法提供了一種更本征的描述符，反映單原子催化的不均勻性，加深了對單原子催化的理解。
相關(guān)研究成果以“Reversible transformation and distribution determination of diverse Pt single atom species”為題，于近日發(fā)表在JACS上。該工作獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、我所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目支持。
