CeO₂是一种用途极广的稀土光电功能材料，由于其独特的电子排布结构，Ce在化合物中的价态有+3、+4两种且都可以稳定存在，因而CeO₂具有较强的氧化还原能力，在催化领域有着很好的应用。本期小丰整理了2篇Nature Catalysis、Advanced Materials报道的CeO₂在催化应用的新进展，一起看下吧~

甲烷（CH₄）具有强大的温室效应，使用催化氧化去除CH₄是常用的控制其排放的方法。钯(Pd）基催化剂已被认为是对CH₄活化和氧化最活跃的催化剂。目前最先进的CH₄氧化催化剂要么在低温（<400°C）下效率低下，要么由于活性金属在高温（>650°C）下烧结而严重降解。因此迫切需要开发具有高反应活性同时具有高热稳定性的CH₄氧化催化剂。

近日，Nature Catalysis报道了一种催化活性极高的CH₄催化剂Pd（1wt%）CeO₂，其在车辆运行不同阶段的动态工作环境中，在低温活性和水热稳定性方面均表现出极强的CH₄去除性能。在产生CO的发动机启动过程中，即使在室温和存在过量O₂的情况下，不活跃的Pd1单原子也很容易被激活成PdOx亚纳米簇，从而在低温下促进CH₄氧化，这比常用PdO/Al₂O₃催化剂要优越得多。

此外，催化剂活化还可以有效减少发动机冷启动期间的另一种典型污染物CO。另一方面，在较高温度下，PdOx亚纳米簇氧化再分散到Pd1中，促使单原子Pd1/CeO₂再生，从而防止Pd金属的不可逆烧结。

该项工作展示了调节负载金属的可逆性质有助于克服长期存在的低温活性和高温稳定性之间的矛盾，也为设计智能催化剂提供了新的范例，使单原子/簇催化剂更接近实际应用。

文献题目：Dynamic and reversible transformations of subnanometre-sized palladium on ceria for efficient methane removal
DOI:10.1038/s41929-023-00983-8

一氧化二氮 (N₂O) 在医学、工业和食品领域有着广泛的应用，在氧化催化中表现出独特的反应性，但高制造成本限制了其应用。通过设计合适的催化材料和调整反应条件，可将NH₃氧化过程调整为以N₂O为主要产物，从而大大降低其价格。

近日Advanced Materials报道了研究人员利用二氧化铈（CeO₂）独特的氧化还原能力，同时利用成熟的锰作为活性相，设计出一种新型的催化剂材料，即一种低价锰原子稳定在二氧化铈（CeO₂）上的单原子催化剂Mn/CeO₂。

研究发现，Mn/CeO₂生产N₂O效率比目前先进的催化剂（Au/CeO₂）高出两倍，是第一种将NH₃氧化为N₂O的稳定催化剂。该项工作中孤立的锰位点主要是在合成过程中通过简单的浸渍产生的，而少数分散的MnO颗粒的原位再分散导致了完全的原子分散。Mn/CeO₂在反应70小时后，结构没有发生变化，催化活性也没有降低。检测和分析结果表明，CeO₂是氧气供应的媒介，而欠配位的锰元素则通过硝基HNO中间体之间形成的N-N键激活O₂并促进N₂O的转化。

这项研究展示了CeO₂支持的过渡金属SACs是一类非常有前景的制备N₂O的催化剂。

文献题目：Low-Valent Manganese Atoms Stabilized on Ceria for Nitrous Oxide Synthesis
DOI:10.1002/adma.202211260

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