水煤气变换（WGS）反应是工业上重要的纯氢（H₂）来源，其原料是CO和H₂O。将这种反应用于燃料电池具有重要意义，但WGS催化剂需要满足低温下具有耐久性和高催化活性。

有鉴于此，北京大学马丁教授，国科大周武教授，大连理工大学石川教授报道了开发了一种在α-MoC表面锚定Pt原子的策略，成功制备了一种坚固、高效和稳定的(Pt₁-Pt_n)/α-MoC催化剂用于催化WGS反应，其中孤立的Pt原子(Pt₁)和亚纳米铂团簇(Pt_n)物种以高密度共存。

文章要点

1）研究人员采用改进的浸渍法制备了Pt负载量为0.02 ~8 wt%的Pt/α-MoC催化剂。利用原子分辨扫描透射电子显微镜（STEM）和X射线吸收精细结构（XAFS）对催化剂结构进行了进一步研究。0.2 wt%Pt/α-MoC的高分辨率STEM Z对比图像（Z为原子序数）显示，所有Pt物种都以孤立的原子方式分散在α-MOC载体上，表面密度约为每100 nm² 具有9个Pt₁。随着铂负载量的增加，表面铂物种的密度增加，其结构也在演变。值得注意的是，在2 wt%和8 wt%的Pt负载下，Pt₁物种的密度分别增加到每100 nm²约42Pt₁和80Pt₁。此外，随着Pt负载量的增加，Pt团簇和纳米颗粒的出现与Pt L3边扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）分析相一致，当Pt负载量分别为0.02 wt%、2 wt%和8 wt%时，平均Pt-Pt配位数分别从0增加到3.8到5.6。

2）研究发现Pt₁物种具有更高的本征WGS活性，比迄今报道的最好的催化剂高一个数量级，而在α-MoC上聚集的Pt1和PtN表面物种是获得高质量比活性的关键。Pt原子物种能有效地促进相邻α-MoC表面氧物种的周转，使CO吸附在Pt表面，从而防止了α-MoC载体的深度氧化和失活。

3）实验结果表明，(Pt₁-Pt_n)/α-MoC催化剂表现出4,300,000 mol hydrogen (H₂) per mol Pt的超高周转次数，比Au/α-MoC催化剂高一个数量级。

这项研究对于设计可以有效地活化H₂O和CO等重要分子以生产清洁能源的高活性和稳定的催化剂具有重要意义。

参考文献

Zhang, X., Zhang, M., Deng, Y. et al. A stable low-temperature H2-production catalyst by crowding Pt on α-MoC. Nature 589, 396–401 (2021).

DOI：10.1038/s41586-020-03130-6

https://doi.org/10.1038/s41586-020-03130-6