在室溫下實現CO氧化對氣體凈化具有重要意義，但目前仍具有挑戰性。三維過渡金屬(TMs)促進的Pt是該反應的一個很有希望的候選物，但TMs容易在富氧環境中被深度氧化，導致活性降低。在此，我們報告了一種獨特的石墨烯結構設計，從CoNi納米顆粒（Pt|CoNi）中分離出Pt，用于在富氧氣氛中高效催化CO的氧化。CoNi合金被超薄石墨烯保護以防止氧化，因此通過電子穿透效應調節Pt-石墨烯界面的電子性質。該催化劑在室溫下可實現近100%的CO轉化，而在Pt/C和Pt/CoNiO
x催化劑上的轉化率有限。實驗和理論計算表明，CO會使Pt位飽和，而O
2可以吸附在Pt-石墨烯界面上而不與CO競爭，這有利于O
2的活化和隨后的表面反應。這種石墨烯隔離體系不同于傳統的金屬-金屬氧化物界面催化劑，為多相催化劑的設計提供了新的思路。
圖1. 石墨烯包覆CoNi合金上Pt的結構表征和建模。(a) CoNi@NC的TEM圖像。(b,c) Pt/CoNi@NC的TEM圖像。(d) Pt/CoNi@NC的HAADF-STEM圖像。(e) Pt/CoNi@NC和Pt/CoNi@C的XRD圖。(f) Pt/CoNi@NC, Pt/CoNi@C, Pt/ CNT,和Pt/CB的Pt L
III邊緣的XANES光譜。(g)根據XANES光譜計算每個催化劑中Pt的d-空穴數。(h)Pt
4在石墨烯籠上的催化劑模型，內部有或沒有CoNi NPs，以及相應的Pt
4 Barder電荷（左側列）和Pt
4與石墨烯之間的結合能（右側列）。(i)在Pt
4/CoNi@C和Pt
4/C中C原子2s+2p軌道的PDOS。(j) Pt
4/CoNi@C和Pt
4/C差分電荷密度的Top視圖。紅色和綠色區域分別表示電子的增加和損耗。
圖2. 用于CO氧化的石墨烯包覆CoNi合金上Pt的結構-活性關系。(a)預還原催化劑上CO氧化反應中CO轉化率的溫度依賴性。He(1 bar)中的1% CO和20% O
2?？账伲?0000 mL g
-1h
-1。(b) Pt/CoNi@NC表面NAP-XPS測試Co 2p
3/2和Ni 2p
3/2的XPS光譜,不同反應溫度下的0.067 mbar CO和1.13 mbar O
2。(c) 在特定溫度下反應后Pt/CoNi@NC的TEM圖像。(d) Pt/CoNi@NC表面CO氧化循環試驗中CO轉化率的溫度依賴性. He（1 bar）中的1% CO和20% O
2。空速：60000 mL g
-1h
-1。(e) Pt/CoNi@NC經過五個連續的原位反應過程的LEIS光譜。He（1 bar）中的1% CO和20% O
2?？账伲?0000 mL g
-1h
-1.右表顯示了這些階段的催化劑中O與C的峰面積比。
圖3. 石墨烯包覆CoNi合金上Pt催化CO氧化機理的DFT計算。(a)在Pt
4/CoNi@C和Pt
4/C上CO和O
2的吸附能。(b)Pt
4/CoNi@C（紅線）和Pt
4/C（藍線）以及Pt
4/CoNi@C的中間體結構上的CO氧化能曲線。“TS”表示過渡狀態。(c)室溫下電子穿透觸發Pt-石墨烯的CO氧化界面活性示意圖。紅色、灰色、黃色、綠色和粉色的球分別代表O、C、Pt、Co和Ni。（步驟1：Pt-石墨烯界面上的O
2吸附，步驟2：CO和O之間的表面反應，步驟3：Pt-石墨烯界面上的CO
2釋放）。
相關研究成果由固體表面物理化學國家重點實驗室，能源材料化學協同創新中心，廈門大學化學與化工學院Yong Wang等人于2021年發表在Nature communications (https://doi.org/10.1038/s41467-021-26089-y)上。原文：Electron penetration triggering interface activity of Pt-graphene for CO oxidation at room temperature。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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