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眾所周知，對于許多催化反應(yīng)，金屬粒徑的大小可以很大程度上決定催化劑的活性(所謂的結(jié)構(gòu)敏感催化)。

在貴金屬催化劑的應(yīng)用中，如何提高貴金屬的利用率(即降低貴金屬含量)，同時提高催化劑的效率(即提高催化活性和選擇性)一直是催化領(lǐng)域的熱門話題。

近日，南京大學(xué)季偉捷、陳兆旭和揚(yáng)州大學(xué)袁恩先等通過原子層沉積策略和沉積-沉淀方法，在Al₂O₃(110)面和Al₂O₃棒上精確地沉積了尺寸可調(diào)的Pt團(tuán)簇，并深入研究了所制備催化劑的結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性。

將所得材料應(yīng)用于水煤氣變換(WGS)和甲酸(FA)分解。與Al₂O₃(110)面上的Pt納米顆粒或多晶棒狀A(yù)l₂O₃上的Pt細(xì)團(tuán)簇相比，Al₂O₃(110)面上具有極低Pt負(fù)載(0.07 wt%)的超細(xì)Pt團(tuán)簇(0.07% Pt/Al₂O₃-AD)能夠進(jìn)行低溫CO轉(zhuǎn)化，在210°C下TOF_CO為2.1 s^?1，CO轉(zhuǎn)化率為10.2 mmol g_Pt^?1?s^?1；對于FA分解，0.07% Pt/Al₂O₃-AD在200°C下具有最高的TOF(1.02 s^?1)，F(xiàn)A轉(zhuǎn)化率幾乎達(dá)100%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和密度泛函理論(DFT)計算表明，反應(yīng)通過Pt/Al₂O₃(110)界面上的締合機(jī)制進(jìn)行，并且沉積有超細(xì)Pt簇的Al₂O₃(110)面對于水活化非?；钴S，并產(chǎn)生更高濃度的OH物種以加速*COOH形成；Al₂O₃(110)面上的ALD衍生的亞納米Pt團(tuán)簇對WGS表現(xiàn)出顯著的高活性，在210°C下的CO轉(zhuǎn)化率為100%。

此外，在相同的Al₂O₃(110)面(0.46% Pt/Al₂O₃-DP)上，ALD比DP衍生的大型Pt納米顆粒具有更高的質(zhì)量比反應(yīng)速率和更高的TOF值，并且明顯優(yōu)于普通的Al₂O₃負(fù)載的Pt和其他金屬催化劑。

綜上，這項(xiàng)工作突出了通過精確控制金屬實(shí)體尺寸和氧化物載體來實(shí)現(xiàn)特定面暴露，從而產(chǎn)生用于清潔能源生產(chǎn)的高性能催化材料的有效性，并且它在不同應(yīng)用中的界面結(jié)構(gòu)控制和設(shè)計方面是通用的。

Atomic-Layer-Deposition Derived Pt subnano Clusters on the (110) Facet of Hexagonal Al₂O₃?Plates: Efficient for Formic Acid Decomposition and Water Gas Shift. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c04784

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