单原子铂催化剂在OMS-2载体上的动态演化及其CO2活化机制研究

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：In-situ Monitoring of Atomically Dispersed Pt sites supported on OMS-2 during CO 2 activation

本文通过环境透射电镜（E-TEM）、常压X射线光电子能谱（AP-XPS）等多模态原位表征技术，首次揭示了Pt单原子在OMS-2载体上催化逆水煤气变换（RWGS）反应中的动态重构过程，发现钾离子迁移诱导的Pt2+活性位点演化及其对催化剂稳定性的关键影响，为单原子催化剂在还原反应中的设计提供了新视角。

　　

亮点（Highlights）

本研究通过多模态原位表征技术（包括环境透射电镜E-TEM、常压X射线光电子能谱AP-XPS等），首次实时追踪了OMS-2载体上铂单原子在逆水煤气变换（RWGS）反应中的动态演化。研究发现，铂单原子在反应初期以近中性二配位形式存在，而钾离子迁移会诱导其重构为Pt²⁺活性位点，使活化能增加25.6 kJ/mol。此外，通过同晶取代策略，催化剂在33小时内保持高活性，为单原子催化剂在还原反应中的稳定性设计提供了新思路。

讨论（Discussion）

结合X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、固态核磁共振（ssNMR）等数据，证实铂单原子均匀分散在OMS-2的（100）晶面上。X射线吸收近边结构（XANES）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）分析表明，初始铂物种为六配位Pt⁴⁺，但在还原环境中迅速转变为近中性二配位铂单原子，后者被确认为RWGS反应的关键活性位点。钾离子迁移至表面形成K₂CO₃的过程中，铂物种进一步重构为Pt²⁺，导致催化剂活性下降。这种长程载体扰动对单原子位点构型的影响，凸显了载体动态行为在催化反应中的重要性。

催化剂合成（Catalyst Synthesis）

所有试剂购自Sigma Aldrich，未经纯化直接使用。OMS-2的合成方法如下：将14摩尔硫酸锰、21摩尔过硫酸钾和21摩尔硫酸钾溶于60毫升水中，混合均匀后置于高压反应釜中，于200°C烘箱内加热两天。反应结束后，用去离子水洗涤至中性，得到最终产物。

作者贡献声明（CRediT Authorship Contribution Statement）

Ryuichi Shimogawa等人负责形式分析；Pu-Xian Gao和Steven L. Suib负责概念化与论文审阅；Harshul S. Khanna参与论文审阅；其余作者均参与数据形式分析工作。

利益冲突声明（Declaration of Competing Interest）

作者声明不存在任何可能影响本研究的财务或个人利益冲突。

致谢（Acknowledgements）

感谢美国能源部（DE-FG02-86ER13622）及美国国家科学基金会（2203858）对本研究的资助，同时感谢NSLS-II同步辐射光源及电子显微镜设施的技术支持。