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据统计，约有90%以上的工业过程中会使用到催化剂，包括化工、石化、生化、环保等。催化剂也被称之为触媒，一般是指能加快化学反应速度，而其自身的数量和组成在反应前后保持不变的物质。高效催化剂对于提高转化率、提升工业效率具有重要意义。

近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心研究员刘洪阳和博士研究生贾志民等与北京大学、香港科技大学、中科院上海应用物理研究所、中科院山西煤炭化学研究所等研究团队合作，通过调控Pt含量和制备方法在亚纳米尺度下实现对Pt物种的调控，设计出一种锚定在弯曲石墨烯载体(ND@G)上的全暴露Pt团簇(Ptn)催化剂，表现出显着增强的低温CO氧化活性。

在该研究中，研究人员构建了一系列负载在纳米金刚石/石墨烯(ND@G)杂化载体上的Pt催化剂，分别为Pt单原子、完全暴露的Pt团簇和Pt纳米粒子(图1)，来揭示低温CO氧化活性与亚纳米尺度下Pt-Pt配位数之间的特殊内在联系，探索低温CO氧化活性位的本征结构。在CO氧化反应中，完全暴露的Pt团簇与典型的Pt纳米颗粒和单原子相比，具有更优异的催化活性，在30℃下的转换速率TOF达到3.5 s-1(图2)。结合程序控温技术、动力学测量和理论计算表明，Pt纳米颗粒催化剂由于低温下对CO的强吸附，导致O2较难在Pt纳米颗粒表面同时与CO吸附活化，因此表现出较低的低温CO氧化活性；完全暴露的Pt团簇有着较弱的CO吸附能力，可实现CO和O2在其表面同时解离吸附，进而促进低温CO氧化反应。此外，单原子催化剂由于其单一位点难以同时吸附活化CO和O2，表现出较低的低温CO氧化活性(图3)。该研究发现，构建特殊的全暴露团簇活性结构，同时实现原子利用率和反应性的最大化，可为未来高效催化剂的开发提供新的思路。

相关论文Fully Exposed Platinum Clusters on a Nanodiamond/Graphene Hybrid for Efficient Low-Temperature CO Oxidation近日发表在线发表于ACS Catalysis。

参考来源：中国科学院

关键词： 中国科学院 中科院金属所 物理研究所