Science：Pd

作者：金爵

一、【导读】

       大少数非均相催化剂基于散漫在固体金属氧化物载体上的过渡金属纳米颗粒（NP）。负载型NP的高概况积与体积比削减了金属运用率，这对于由贵金属催化的妄想不敏感反映特意紧张。为了最大限度地运用这些高活性但高尚的金属，需要普遍开拓具备原子散漫金属的催化剂（单原子催化剂，SAC）。减小贵金属的尺寸会影响它们的反映性。在SAC中，每一个贵金属中间由载体的原子配位。因此，载体以及金属载体相互熏染（MSI）的化学性子强烈地调节催化剂的活性。

       CeO₂（也称为二氧化铈）是汽车催化转化器的关键组分，可能作为载体与其余金属散漫使其具备强MSI，可能以高度散漫的方式晃动存在，抵达循环运用。限度贵金属SAC中活性相的团聚措施，可能经由运用低金属负载量、高概况积（纳米级）载体或者两者散漫的措施。纳米妄想化可能清晰修正CeO₂的化学性子。散漫概况迷信的措施与实际合计，证实晶格O原子可能自觉地从纳米尺寸的CeO₂迁移到Pt簇（~ 2nm）。为了最大限度地运用贵金属，高散漫催化剂的妄想个别波及利用具备大概况积的纳米级金属氧化物载体质料。

二、【下场掠影】

       多相催化剂的催化功能可能经由调节负载的过渡金属的尺寸以及妄想来调节，这些金属个别被视为活性位点。在单原子金属催化剂中，载体自己会强烈影响催化功能。在这里，荷兰埃因霍温理工大学化学工程与化学系有机质料与催化试验室的Emiel J. M. Hensen团队，证明了二氧化铈（CeO₂）载体的巨细抉择了原子散漫的钯（Pd）在一氧化碳（CO）氧化中的反映性。具备小CeO₂纳米晶体（~4纳米）的催化剂在富含CO的反映进料中展现出颇为高的活性，而具备中等尺寸CeO₂（~8纳米）催化剂在贫条件下是优选的。详细的光谱钻研揭示了Pd- CeO₂界面的载体尺寸依赖性氧化复原性子。该项使命以问题为：“Size of cerium dioxide support nanocrystals dictates reactivity of highly dispersed palladium catalysts”，宣告在Science上。

三、【中间立异点】

1. 运用火焰喷雾热解（FSP）制备具备可变尺寸的载体（4至18 nm）的Pd- CeO2 SAC。运用CO氧化作为探针反映，证明了所制备的纳米复合质料的反映性强烈依赖于CeO₂颗粒的尺寸。
2. 经由散漫原位光谱工具以及稳态能源学钻研，突出了Pd- CeO₂界面的尺寸依赖性氧化复原性子对于催化功能的强烈影响。
3. 修正载体的巨细来定制金属基催化剂的性子，制备出差距粒径CeO₂载体的Pd催化剂。

四、【数据概览】

图1. FSP衍生的具备差距尺寸的CeO₂载体1wt% Pd-CeO₂纳米复合质料的妄想以及复原性。(A)制备的质料HAADF STEM成像以及EDX元素绘图。 (B)基于同步减速器的高分说率粉末XRD数据。（C）H₂-TPR曲线以及氢气破费定量数据。©2023 Science

图2. 具备差距尺寸的CeO₂ NP的PdFSP样品的光谱表征。©2023 Science

图3. 反映条件下的催化功能以及Pd形态。©2023 Science

图4. .Pd-CeO₂界面CO氧化能源学及氧转移。©2023 Science

五、【下场开辟】

       CeO₂载体的尺寸可能强烈地影响高散漫Pd- CeO₂催化剂对于CO氧化的反映活性。所审核到的尺寸依赖性与FSP制备的Pd- CeO₂纳米复合质料的差距氧化复原功能无关。Pd以及CeO₂之间的强MSIs以及小PdFSP  NPs（4 nm）中的高O₂迁移率导致Pd单原子的O₂中毒并限度催化剂在高温CO氧化中的活性。在CO以及早期CO氧化历程中，中等复原性的CeO₂纳米粒子以及在金属-载体界面在中等PdFSP纳米粒子（8 nm）引起较低的反映级数。由于较弱的载体以及金属载体相互熏染（MSI）以及削弱的O转移，单个Pd原子易于在大PdFSP  NP（13 nm）中复原以及烧结，这导致催化剂在高温下的较差活性。纵然在CO丰硕的反映混合物，经由修正CeO₂载体尺寸的巨细，可能微调的能源学高温CO氧化以及实现高催化活性。钻研服从表明，高O迁移率导致小CeO₂纳米颗粒上原子散漫的贵金属的晃动，与最近报道的在氧化铝上负载的~5-nm CeO₂上的Pd、Pt以及Rh物种的不艰深的持久性不同。金属- CeO₂界面的氧化复原性子依赖于载体尺寸的意见可能扩展到波及Ce³⁺/Ce⁴⁺能源学的其余紧张催化反映，好比CO₂加氢。

原文概况：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf9082

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