通过深入理解异相催化CO氧化反应机理，能够有助于发展新型CO氧化反应催化剂，提高催化剂的活性，发展有关的先进催化技术（比如选择性CO氧化反应、空气晶化、废气排放处理、质子交换膜燃料电池、CO气体传感器、CO₂激光）等。在CO氧化反应中，Pt，Rh，Pd，Au等贵金属担载于CeO₂、ZrO₂、TiO₂、Al₂O₃等氧化物基底通常是有效的CO氧化反应催化剂。其中CeO₂基底中表现可逆氧化还原状态变化的Ce⁴⁺/Ce³⁺，该结构能够存储和释放活性氧原子。

有鉴于此，莱布尼茨催化研究所Jabor Rabeah、Angelika Brückner等报道通过溶胶凝胶法合成了修饰在CeO₂-TiO₂基底的Cu单原子催化剂，测试了该催化剂在120~350℃之间的CO氧化反应情况。随后作者通过DRIFT、ESR、近常压XPS（NAR-XPS）等Operando表征、In situ表征技术和其他基础的表征技术对该反应的机理进行研究，并且鉴定了催化反应活性位点，从而给出了催化剂的结构-催化反应活性关系。

本文要点：

（1）

作者考察了催化剂在不同Cu的含量变化（0.06 %提高至0.86 %），发现在250 ℃的Cu定量CO₂生成速率从690 μmol_CO2 g_Cu^-1 s^-1降低至310 μmol_CO2 g_Cu^-1 s^-1，这种反应速率的降低来自于生成了催化反应活性较低的CuO_x物种。催化剂在1000  min长期工作测试中表现很好的稳定性，同时未见Cu单原子团簇的现象。

（2）

通过相关光谱学表征，验证相互分离的界面单Cu离子是催化位点，当CO氧化为CO₂的过程中伴随着催化位点在-Cu²⁺-O-Ce⁴⁺-和-Cu⁺-□-Ce³⁺-之间变化，这个过程对应于提供氧化CO所需氧原子。因此，催化剂中的高浓度Cu单原子位点-与Ce³⁺物种相关的O空穴协同作用能够实现最高的CO氧化反应活性。

参考文献

Jawaher Mosrati, Ali M. Abdel-Mageed, Thanh Huyen Vuong, Reni Grauke, Stephan Bartling, Nils Rockstroh, Hanan Atia, Udo Armbruster, Sebastian Wohlrab, Jabor Rabeah*, and Angelika Brückner*, Tiny Species with Big Impact: High Activity of Cu Single Atoms on CeO₂–TiO₂ Deciphered by Operando Spectroscopy, ACS Catal. 2021, 11, 10933–10949

DOI: 10.1021/acscatal.1c02349

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c02349