甲醇电氧化在低温燃料电池、生物物质转化和精细化学过程中起着重要的作用。Pt-M二元合金通过调节Pt的配位环境，对甲醇氧化反应(MOR)表现出了良好的活性。然而，主要的中间体CO由于其很强的亲和力，极大地毒害了催化中心。虽然Pt与Ru等嗜氧金属合金化可以在一定程度上减轻CO中毒问题，但Pt-Ru合金的随机分布导致有限的协同活性中心。
基于此，西安大略大学孙学良、哈尔滨工业大学王家钧和中科院物理研究所苏东等通过选择性ALD技术合成了Ru单原子耦合到PtNi NPs(Ru-ca-PtNi)表面空腔上的混合催化剂，其中Ru单原子只被捕获在凹域中。
该催化剂对MOR的峰值质量活性有所提高，为2.01Amg-1Pt，与商业Pt/C相比提高了5.8倍。透射电镜结果表明，与Ru单原子位于Pu-Ni NPs(Ru-su-PtNi)光滑表面的参考催化剂相比，RuNi NPs(Ru-ca-PtNi)具有明显的凹域。此外，Ru-ca-PtNi经过稳定性试验后的性能损失只有20%，而Ru-su-PtNi的性能损失接近50%。
Operando FTIR和密度泛函理论(DFT)计算表明，Ru单原子-腔协同耦合通过优化d带中心位置，有效地加速了CO的去除。此外，理论分析表明，被空腔捕获的Ru原子具有较高的扩散势垒，从而解释了为何Ru-ca-PtNi的稳定性显著增强。
总的来说，本研究证明了一种单原子-腔耦合机制来提高单原子基催化剂的活性和稳定性，并且为设计具有优异活性和稳定性的先进单原子定制金属NPs催化剂的一种高效方法。
Selectively Coupling Ru Single Atoms to PtNi Concavities for High Performance Methanol Oxidation via d-Band Center Regulation. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202207524
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