甲醛 (HCHO) 是一种典型的室内挥发性有机化合物，由建筑和装饰材料释放，即使在低浓度下也构成严重的健康风险，突显了为保持室内空气质量而高效去除甲醛的紧迫需求[1], [2]。在各种去除技术中，基于铂的材料上的常温催化氧化特别具有吸引力，因为可以在温和和低能耗条件下实现 HCHO 完全氧化，且二次污染最小[3], [4], [5], [6]。然而，基于铂的催化剂在低相对湿度 (RH ≤ 30%) 下的实际应用仍具挑战性。活性和耐久性的下降不仅源于缓慢的 O2 活化，更关键的是源于水供应不足，这限制了活性表面羟基的生成，从而阻碍了中间体的进一步转化，最终导致催化剂失活。
水蒸气是活性表面羟基物种的直接前体。当在氧空位位点活化时，H2O 可以生成对 HCHO 转化以及后续甲酸盐中间体氧化至关重要的表面羟基[7], [8]。然而，在低湿度条件下，H2O 的有限可用性阻碍了羟基物种的生成，从而导致中间体的积累。因此，设计具有增强 H2O 分解能力的基于铂的催化剂对于在低湿度下实现高效 HCHO 氧化至关重要。氧空位在催化 HCHO 氧化中起着重要作用，因为它们不仅促进 O2 的吸附和活化以产生活性氧物种 (O?)，还创造相邻的配位不饱和 Ce 位点，促进 H2O 分解为端羟基 (OHt)[9], [10]。
氧化铈 (CeO2) 是一种有吸引力的催化剂载体，因其卓越的氧存储/释放能力和可逆的 Ce4+/Ce3+ 氧化还原化学[11]。此外，CeO2 与负载的贵金属 (如 Pt 和 Pd) 之间的强金属 - 载体相互作用可以促进氧空位的形成并调节界面反应性[12], [13]。因此，CeO2 负载的催化剂在催化 HCHO 氧化方面显示出相当大的前景。CeO2 的表面原子结构和反应性高度依赖于暴露的晶面。密排的 CeO2{111} 表面通常是最热力学稳定的，而更开放的 CeO2{110} 和极性的 CeO2{100} 表面包含更多的配位不饱和 Ce/O 位点，促进氧空位的形成和氧迁移。这些晶面依赖的特性已被广泛用于增强 CeO2 基催化剂上的 O2 活化和氧化还原反应 [14], [15]。然而，在低湿度 HCHO 氧化条件下，关键限制不仅仅是 O2 活化或静态氧空位浓度，还包括将有限的 H2O 转化为活性 OHt 的能力。以前的研究表明，H2O 吸附/分解和羟基稳定性在 CeO2 晶面之间显著不同，而金属 -CeO2 界面可以进一步修饰 H2O 活化 [8], [16], [17]。因此，CeO2 的晶面工程提供了一种合理的策略来调节 Pt-CeO2 界面结构并在低湿度条件下促进 H2O 到 OHt 的转化。在我们之前的研究中，富含氧空位和配位不饱和 Ce 位点的介孔 Pt/kit-CeO2 催化剂在低湿度条件下实现了高效的 HCHO 去除，这归因于有效的 H2O 分解和表面中间体到 CO2 的增强转化[18]。此外，OHt 和桥羟基 (OHb) 在 HCHO 转化为 DOM 和甲酸盐中间体的过程中协同作用，而 OHt 在这些吸附物种的后续氧化中起着更决定性 [19], [20], [21], [22]。
基于这种理解，我们假设调节暴露的 CeO2 晶面可以同时定制 Pt-CeO2 界面结构并促进 H2O 分解以生成 OHt。然而，这种晶面工程策略尚未被系统地探索用于 Pt/CeO2 催化的 HCHO 氧化。本文系统地构建了晶面控制的 Pt/CeO2 催化剂，以阐明低湿度下 OHt 物种与 HCHO 氧化性能之间的相关性。
在本工作中，通过工程化 CeO2 纳米晶的暴露晶面来调节 Pt/CeO2 催化剂的表面原子配位，包括纳米多面体 ({110}/{111})、纳米立方体 ({100})、纳米棒 ({100}/{111}) 和不规则层状结构 (主要为 {111})。通过结合结构表征、催化评估和 *原位* 光谱分析，我们旨在阐明晶面依赖的 Pt-CeO2 界面如何在低湿度条件下影响 O2 活化、H2O 分解和表面 OHt 物种。特别强调识别 OHt 物种在控制关键 HCHO 中间体转化和低湿度下氧化性能中的作用。
