在室温下实现CO氧化对气体净化具有重要意义，但目前仍具有挑战性。三维过渡金属(TMs)促进的Pt是该反应的一个很有希望的候选物，但TMs容易在富氧环境中被深度氧化，导致活性降低。在此，我们报告了一种独特的石墨烯结构设计，从CoNi纳米颗粒（Pt|CoNi）中分离出Pt，用于在富氧气氛中高效催化CO的氧化。CoNi合金被超薄石墨烯保护以防止氧化，因此通过电子穿透效应调节Pt-石墨烯界面的电子性质。该催化剂在室温下可实现近100%的CO转化，而在Pt/C和Pt/CoNiO_x催化剂上的转化率有限。实验和理论计算表明，CO会使Pt位饱和，而O₂可以吸附在Pt-石墨烯界面上而不与CO竞争，这有利于O₂的活化和随后的表面反应。这种石墨烯隔离体系不同于传统的金属-金属氧化物界面催化剂，为多相催化剂的设计提供了新的思路。
 

图1. 石墨烯包覆CoNi合金上Pt的结构表征和建模。(a) CoNi@NC的TEM图像。(b,c) Pt/CoNi@NC的TEM图像。(d) Pt/CoNi@NC的HAADF-STEM图像。(e) Pt/CoNi@NC和Pt/CoNi@C的XRD图。(f) Pt/CoNi@NC, Pt/CoNi@C, Pt/ CNT,和Pt/CB的Pt L_III边缘的XANES光谱。(g)根据XANES光谱计算每个催化剂中Pt的d-空穴数。(h)Pt₄在石墨烯笼上的催化剂模型，内部有或没有CoNi NPs，以及相应的Pt₄ Barder电荷（左侧列）和Pt₄与石墨烯之间的结合能（右侧列）。(i)在Pt₄/CoNi@C和Pt₄/C中C原子2s+2p轨道的PDOS。(j) Pt₄/CoNi@C和Pt₄/C差分电荷密度的Top视图。红色和绿色区域分别表示电子的增加和损耗。
 
 
图2. 用于CO氧化的石墨烯包覆CoNi合金上Pt的结构-活性关系。(a)预还原催化剂上CO氧化反应中CO转化率的温度依赖性。He(1 bar)中的1% CO和20% O₂。空速：60000 mL g^-1h^-1。(b) Pt/CoNi@NC表面NAP-XPS测试Co 2p_3/2和Ni 2p_3/2的XPS光谱,不同反应温度下的0.067 mbar CO和1.13 mbar O₂。(c) 在特定温度下反应后Pt/CoNi@NC的TEM图像。(d) Pt/CoNi@NC表面CO氧化循环试验中CO转化率的温度依赖性. He（1 bar）中的1% CO和20% O₂。空速：60000 mL g^-1h^-1。(e) Pt/CoNi@NC经过五个连续的原位反应过程的LEIS光谱。He（1 bar）中的1% CO和20% O₂。空速：60000 mL g^-1h^-1.右表显示了这些阶段的催化剂中O与C的峰面积比。
 
 
图3. 石墨烯包覆CoNi合金上Pt催化CO氧化机理的DFT计算。(a)在Pt₄/CoNi@C和Pt₄/C上CO和O₂的吸附能。(b)Pt₄/CoNi@C（红线）和Pt₄/C（蓝线）以及Pt₄/CoNi@C的中间体结构上的CO氧化能曲线。“TS”表示过渡状态。(c)室温下电子穿透触发Pt-石墨烯的CO氧化界面活性示意图。红色、灰色、黄色、绿色和粉色的球分别代表O、C、Pt、Co和Ni。（步骤1：Pt-石墨烯界面上的O₂吸附，步骤2：CO和O之间的表面反应，步骤3：Pt-石墨烯界面上的CO₂释放）。

       相关研究成果由固体表面物理化学国家重点实验室，能源材料化学协同创新中心，厦门大学化学与化工学院Yong Wang等人于2021年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号