近十年来，单原子催化剂（SACs）由于具有最高的金属利用率和较高的催化性能而成为研究的热点。单原子催化剂中所有的金属原子隔离在载体表面，并且具有100%的分散性。SACs可以有效地催化各种气相反应，如CO氧化、CO在H₂（PROX）中的优先氧化、直接甲烷氧化、水煤气变换反应、和选择性加氢等。然而，关于“SACs活性是否真的优于纳米颗粒（NPs）”一直存在相当大的争议。这些研究工作都集中在金属原子排列的影响，没有考虑SACs的氧化态的作用。

近日，韩国科学技术院Hyunjoo Lee，浦项科技大学Jeong Woo Han报道了将将Pt单原子固定在缺陷CeO₂-Al₂O₃载体上，并控制了Pt SACs的氧化态，包括从高氧化态（Pt⁰：16.6at%）到高金属态（Pt⁰：83.8at%）。然后将具有氧化态可控的Pt SACs用于CO、CH₄和NO的氧化，并将其活性与Pt纳米颗粒进行了比较。

文章要点

1）通过将1 wt％的Pt沉积在高度缺陷的CeO₂-Al₂O₃载体上并在各种温度下还原，可以制备具有受控氧化态的Pt SACs。

2）CO/H₂化学吸附，HAADF-STEM，CO-DRIFT和EXAFS表征结果表明，在高达500 °C的还原条件下，成功制备了Pt SACs，而在600 °C的还原条件下生成了约1.5 nm的Pt团簇。XANES和XPS结果表明，随着还原温度的升高，Pt SACs的氧化态更加金属化。其中，煅烧后无还原产生的高氧化态Pt SACs，含16.6 at% 的Pt⁰和83.4 at%的Pt²⁺/Pt⁴⁺。在500 °C下的还原产生了高度金属化的Pt SACs，其中Pt⁰为83.8 at％，Pt²⁺/Pt⁴⁺为 16.2 at％。

3）研究人员测试了Pt SACs的CO氧化，CH₄燃烧和NO氧化等性能。结果显示，在300 °C下还原的Pt SACs对所有反应均显示出最高的活性。TPD结果表明，还原温度可以调节反应物和产物的吸附强度。将这些Pt SACs的活性与Pt NPs进行比较时，氧化态Pt SACs的活性较差，而金属态Pt SACs的活性则优于Pt NPs。

该工作表明，Pt单原子的氧化态可以在决定催化活性中起到关键作用。

Hojin Jeong, et al, Controlling Oxidation State of Pt Single-Atoms for Maximizing Catalytic Activity, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202009776

https://doi.org/10.1002/anie.202009776