JACS: Pt/CeO2中纳米Pt可控转化为单原子，促进CO高效氧化

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将金属纳米粒子转化为单原子(纳米粒子的单原子化)是近年来研究的热点，其目的是最大限度地提高贵金属基催化剂的金属利用率，并使团聚金属催化剂的活性得到再生。然而，精确控制单原子化反应以优化催化性能仍然是一个巨大的挑战。
近日，清华大学李亚栋、北京师范大学李治和南开大学刘锦程等报道了一种激光烧蚀策略，实现对CeO2上Pt纳米颗粒(PtNP)向Pt单原子(Pt1)转化的精确调控。
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由于输入激光能量具有良好的可调性，通过设置不同的激光功率和辐照时间，可以将Pt1与CeO2上总Pt的比例精确控制在0~100%之间。实验结果表明，最优的Pt1PtNP/CeO2-19%催化剂具有大约19%的Pt1和81%的PtNP，比Pt1/CeO2，PtNP/CeO2和其他Pt1PtNP/CeO2催化剂表现出更强的CO氧化活性；并且该催化剂经过七个循环催化试验后结构未发生明显变化，表明其具有优异的催化CO氧化稳定性。
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密度泛函理论(DFT)计算表明，Pt10/CeO2上的速率控制步骤(RDS)是晶格氧第一氧化CO步骤，在相邻掺杂Pt1原子的协助下，晶格氧氧化CO的反应势垒大大降低。具有最稳定Pt-Ov-Cev-d结构的分离Pt1位点难以催化CO氧化；Pt1/CeO2-Ov-Cev的第二CO氧化步骤高达1.91 eV，远高于含PtNP和混合Pt1PtNP的催化剂。
因此，PtNP是CO氧化的主要活性中心，而Pt1改变了CeO2表面晶格氧的化学势，降低了晶格氧氧化CO所需的能垒，从而改善了CO氧化的整体性能。这项工作为纳米粒子向单原子的可控转化提供了一条新的途径，而且有希望在最佳的单原子/纳米粒子组合下对工业废催化剂进行再生。
Controllable Conversion of Platinum Nanoparticles to Single Atoms in Pt/CeO2 by Laser Ablation for Efficient CO Oxidation. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.2c11739