二氧化鈦負載鉑基催化劑研究獲新進展

發布時間：2024-02-29 13:21 原文鏈接：二氧化鈦負載鉑基催化劑研究獲新進展

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近日，華東理工大學化學與分子工程學院、費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心教授戴升、工業催化研究所教授郭耘與北京大學化學與分子工程學院教授馬丁合作，在二氧化鈦負載鉑基（Pt/TiO2）催化劑的研究中取得新進展，首次實現在金紅石型TiO2上外延生長PtO2原子層，并證實了該類外延結構對多種催化反應的性能有促進作用，為多種先進多相催化劑的精準設計和開發提供了基礎。相關成果發表于《美國化學會志》。

鉑（Pt）基催化劑被認為是光、熱、電催化等多類關鍵反應的核心催化劑。目前廣泛應用的Pt/TiO2催化劑，其性能優化依賴于對負載Pt金屬物種結構與化學狀態的精準控制。金屬物種在氧化物載體表面的外延生長被認為是控制界面結構的有效策略，可促進界面電子轉移、金屬-載體相互作用及金屬物種化學狀態的改變，從而優化催化活性和穩定性。β-PtO2具有金紅石結構，其晶格參數與金紅石型TiO2非常接近，為PtO2在金紅石型TiO2上的外延生長提供了可能。然而，PtO2物種在金紅石型TiO2表面外延生長的現象從未有報道。

在前期研究中，研究團隊發展了低損傷掃描透射電子顯微成像法，實現了對電子束敏感材料低損傷高信噪比的成像與定量分析，并利用該成像方法解析了TiO2負載的金屬氧化物的電子束敏感特性與本征界面構型。

在此基礎上，研究人員通過浸漬-煅燒的方法，在金紅石型TiO2上外延生長出PtO2原子層。進一步地，團隊利用低損傷成像方法，在原子尺度揭示了外延PtO2物種的本征結構，并證明PtO2/TiO2外延結構的電子束敏感特性導致其“廬山真面目”一直未被發現。PtO2/TiO2外延結構可在催化劑制備過程中調節Pt/TiO2催化劑中Pt物種狀態，產生獨特的幾何結構和電子狀態，從而促進電催化析氫反應和熱催化一氧化碳氧化反應。此外，這種合成和表征策略可以普適地應用到多種金紅石外延貴金屬氧化物的材料。