CO氧化在汽车尾气处理和燃料电池工业过程中备受关注，而Pt是最有前途的催化剂之一。由于对O₂或H₂O氧化CO的反应机理了解有限，反应机理类似/相同（Mars-van Krevelen反应机理），所开发的催化剂效率仍低于行业要求。最近的研究结果表明，这种关于反应机理的假设可能不正确。

基于此，受水助CO氧化研究的启发，南开大学杜亚平教授，张洪波研究员，北京大学马丁教授建立了一种Pt₁-Pt_n-CeO_2-δ/MgO（0.5 wt% Pt−2 wt% CeO_2-δ/MgO）模型催化剂体系，揭示了H₂O对CO氧化的促进作用。

文章要点

1）研究人员对催化剂进行了动力学、热力学和原位光谱分析，证实了O₂氧化CO在Ⅰ类中心（Pt NPs）上遵循Langmuir−-HinShelwood反应机理，而水—煤气变换（WGS）反应在Pt原子与可还原载体CeO_2−δ（Ⅱ类）之间的界面上经历了MARS-van Krevelen反应机理。

2）反应物和产物的压力依赖性研究表明，随着Pt纳米颗粒尺寸的增大，CO氧化反应势垒（被O₂氧化）得到了系统的降低，且与CeO_2−δ的尺寸变化无关，而WGS的反应势垒对CeO_2−δ的尺寸非常敏感，对Pt NPs的尺寸有轻微的惰性。此外，在Pt-CeO_2-δ/MgO上，CO和O₂之间存在竞争吸附，而CO和H₂O之间不存在竞争吸附。

综上所述，这项工作提供了令人信服的证据，即H₂O对CO氧化的促进是反应机制的改变，而不是简单的羟基解离作用。

参考文献

Yanru Wang, et al, Complete CO Oxidation by O₂ and H₂O over Pt−CeO_2−δ/MgO Following Langmuir−Hinshelwood and Mars−van Krevelen Mechanisms, Respectively, ACS Catal.2021

DOI: 10.1021/acscatal.1c02507

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c02507