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铂(Platinum, Pt)是使用最广泛的催化剂之一,不过,价格昂贵、资源稀缺限制了它的应用,于是,大幅提高铂的催化活性和选择性成为许多研究的焦点。研究发现,铂纳米结构与其催化性能高度相关,因此,许多研究试图控制铂纳米颗粒的大小及暴露面来提高铂的催化性能。

最近,韩国科学家Hyunjoo Lee教授领导的团队成功制备出了铂的单原子催化剂(single-atom catalyst),为铂提供一种理想的最小化结构,并显示出优异的催化活性。(Single-Atom Catalyst of Platinum Supported on Titanium Nitride for Selective Electrochemical Reactions. Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201509241)

研究人员使用氯配体成功制备出氮化钛纳米粒子负载的铂单原子催化剂。在氧(O2)的电化学还原反应中,铂纳米粒子催化剂得到的产物一般是水,而铂单原子催化剂却不同,得到的产物主要是过氧化氢,而且具有目前报道的最高的质量比活性(mass activity)。另外,铂单原子催化剂在小分子有机物(如甲酸和甲醇)的电催化氧化上也显示了独特的选择性。
该团队认为,与铂纳米粒子相比,由于缺乏至少两个铂原子相连的集团位点(ensemble sites),铂单原子催化剂催化反应的机理也发生了改变——氧的还原反应变成了一个双电子途径,而甲酸的氧化反应变成了直接脱氢途径,与此同时,对甲醇的氧化反应变得没有催化活性。
这项工作证明铂单原子可以作为有效的电化学催化剂,具有高质量比活性以及独特的选择性。
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201509241/abstract

