中科大曾杰教授/严涵副研究员Angew.：高温煅烧改善Pt/CeO2团簇催化剂氧化还原性质阻止原子级再分散

第一作者：雷昊凡，张宁强

通讯作者：曾杰*，严涵*

单位：中国科学技术大学

原子级再分散是催化剂动态行为中非常重要的一类，其中氧化性再分散现象的报道最为广泛。在氧化性气氛当中，金属团簇再分散为单原子的过程中往往会将配位不饱和的团簇转变为配位饱和的单原子位点，导致催化性能显著降低。因此在氧化反应当中如何避免金属团簇再分散为单原子具有重要意义。

近日，来自中国科学技术大学的曾杰教授和严涵副研究员在国际知名期刊Angewante Chemie International Edition上发表题为“Thermally triggered redox flexibility of Pt/CeO₂ cluster catalyst against in-situ atomic redispersion”的文章。该文章利用高温煅烧的方式避免了铂团簇催化剂在氧化反应中再分散的现象，从而大幅提升了反应的活性。

Pt单原子以及PtOx团簇结构的相似性为Pt/CeO₂活性位点的精确指认带来了困难。本研究利用H₂-TPR、XPS、CO-DRIFTS结合AC-HAADF-STEM对活性位点的结构进行了精确区分。H₂-TPR表明单原子呈现出尖锐的还原峰而PtOx团簇呈现出一个宽峰。在较低的还原温度下（100摄氏度）单原子无法被有效还原而PtOx团簇会被还原进而红外的特征峰发生红移。研究还证明铂单原子转变为团簇的温度和H₂-TPR中的还原温度高度匹配。这表明H₂-TPR的还原温度和Pt–O键的断裂温度密切相关，因此H₂-TPR的还原温度可以作为Pt-CeO₂相互作用强弱的描述符

CO氧化的性能评估发现高温煅烧的催化剂在还原后显示出优异的催化性能，而低温煅烧的催化剂在还原后会产生活性降低现象。原位表征证明低温煅烧的催化剂会在氧化性气氛下发生再分散现象，而高温煅烧的催化剂则可以保持团簇结构。与此同时，表面羟基被证明是发生再分散的关键物种。

工况下的原位表征证明在氧化还原的过程中，高温煅烧的催化剂不仅可以产生更多的表面三价铈，而且体现出更高的三价铈生成速率以及更低的活化能。这表明高温煅烧不仅有利于维持催化剂的团簇结构，而且会提升催化剂表面的氧化还原能力，进而提升催化活性。

Thermally triggered redox flexibility of Pt/CeO₂ cluster catalyst against in-situ atomic redispersion.

曾杰教授简介：安徽工业大学党委副书记、校长，中国科学技术大学讲席教授。1998年进入中国科学技术大学学习，2002年获应用化学学士学位，2008年获凝聚态物理博士学位，师从侯建国院士。2008年赴美，在美国圣路易斯华盛顿大学夏幼南教授研究团队工作。2012年，回到中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心任教授。2022年9月，受聘中国科学技术大学讲席教授，同年11月起任安徽工业大学党委常委、副校长。2025年1月，任安徽工业大学党委副书记、校长。入选国家杰出青年科学基金、国家高层次人才特殊支持计划科技创新领军人才、英国皇家化学会会士（FRSC），担任国家重点研发计划首席科学家。研究领域为二氧化碳催化转化技术。迄今为止，已在《自然》、《自然·纳米技术》、《自然·催化》、《自然·能源》、《自然·材料》、《自然·合成》、《自然·可持续性》、《自然·化工》等高影响力学术期刊发表了280篇论文，SCI总被引用29000余次，H因子为90，入选2019至2024年的全球高被引科学家名录。申请中美专利共98项，出版书籍5部。荣获发展中国家科学院化学奖、中国青年科技奖“特别奖”、科学探索奖、德国Falling Walls 科学突破奖、英国国际发明展年度国际发明“钻石奖”、中国化学会-赢创化学创新奖、侯德榜化工科学技术青年奖、中国材料研究学会科学技术奖一等奖、中国颗粒学会自然科学奖一等奖、中国科技产业化促进会科学技术一等奖、安徽省自然科学奖一等奖（两项）等奖项。研究成果入选国家“十三五”科技创新成就展、2022年中国十大科技进展新闻。

严涵副研究员简介：中国科学技术大学特任副研究员。2014年、2019年在山东大学取得学士和博士学位（导师：贾春江教授）。2019-2021年于清华大学从事博士后研究，师从李亚栋院士及王定胜教授。2021年至今就职于中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心，合作导师为曾杰教授。目前主要从事金属-氧化物催化材料制备及碳一分子催化转化研究工作，特别是金属-稀土氧化物的多相催化应用。在包括Nature Mater.，Angew. Chem.，Nature Commun.，J. Catal.，Appl Catal B等国际科学期刊中发表SCI论文共20余篇。

曾杰课题组拥有一流的工作平台，开放活跃的学术氛围和丰富的国内外交流合作机会。现有平台和仪器包括原位DRIFTS、TPD-MS、BET、电化学测试一体化测试平台、各类固定床和浆态床反应器、UV、Plasma等多种催化剂表征和测试仪器。此外课题组和上海光源、合肥光源具有高度密切的合作关系，并以此搭建了各类原位测试平台。

课题组主页：http://catalysis.ustc.edu.cn/