高分散过渡金属催化剂广泛应用于化工和石油化工过程中，它们的催化性能是由活性物种的确切性质决定的，而其通常随时间变化，以响应温度和与流体相组分的相互作用。特别是贵金属催化剂，当暴露在严重的氧化还原和水热应力下时，容易通过不可逆烧结发生永久失活。近年来，许多研究致力于提高分散良好的过渡金属在相关工业条件下的稳定性，尤其当活性位点是孤立的金属原子和少数原子团簇时。

有鉴于此，埃克森美孚研究与工程公司Pedro Serna等人，使用CHA沸石研究了单个Pt原子和小的Pt团簇在高温氧化反应中的行为。

本文要点

1）由于金属、气相成分和支撑体(载体是结构明确，不可还原的大配体)之间的特定相互作用，活性位点原子结构的细微变化导致了性能的剧烈变化。CHA中这些分子位点的高稳定性是描述元素步骤（例如O₂分解）以及随后的工业氧化催化作用（例如甲烷，丙烷和CO燃烧）的内在结构性能描述的关键。

2）单个Pt原子和大于1 nm的Pt纳米颗粒在中等T（即200⁰C）的同位素交换实验中无法活化，加扰和解吸两个O₂分子，而小于1 nm的簇可以催化，但在反应条件下对氧化断裂不稳定，导致催化剂失活。对于需要在较高T下活化相当惰性的分子（如烷烃）的氧化过程，当载体为CHA时，催化燃烧可归因于稳定的单个Pt原子，在O₂流中原位生成的。

3）当反应中的烷烃中包含较弱的C‐H键(如丙烷vs甲烷)时，烷烃的燃烧活性更强，而且C‐H的裂解被推断为速率决定步骤，与O₂干扰相比，活性位点大小的变化对烷烃的反应活性不那么敏感。当燃烧涉及强还原剂时，如CO，相比之下，催化主要是金属团簇和纳米粒子组成，而不是单铂原子，因为后者在沸石中不会形成稳定的单核羰基物质。

总之，用于甲烷燃烧的单Pt原子和用于CO氧化的小Pt团簇具有很高的稳定性，为该系统在各种高温氧化场景中提供了新的机遇。

参考文献：

Pedro Serna et al. Single‐Site vs Cluster Catalysis in High Temperature Oxidations. Angew., 2021.

DOI: 10.1002/anie.202102339

https://doi.org/10.1002/anie.202102339