北大/金属所Nature子刊：100%选择性！Pt-Fe/ND@G实现CO完全转化

在氢气中优先氧化CO（PROX）是一种很有前途的氢气净化方法，可避免富含氢气的燃气中微量CO对催化剂的毒害。

基于此，北京大学马丁教授和中科院金属研究所刘洪阳研究员（共同通讯作者）等人报道了一种新型催化剂，完全暴露的Pt-Fe双金属团簇固定在缺陷石墨烯/纳米金刚石（ND@G）杂化载体上（Pt-Fe/ND@G），其中原子分散和完全暴露的Pt团簇与相邻的Fe原子结合，提供丰富的Pt-Fe界面。

Pt-Fe/ND@G在低温下可以高效优先氧化CO, 并且CO完全转化和100%选择性。在超低金属负载下表现出优异的氧化活性，在30 ℃时CO氧化的质量比反应速率高达6.19 (mol_CO)* (g_Pt)^-1 *h^-1。

DFT计算，以了解Pt-Fe/ND@G的CO氧化机理。首先构建了以4个Pt原子和1个Fe原子锚定在石墨烯（Gr）上的Pt₄Fe₁@Gr模型，模拟了ND@G上完全暴露的Pt-Fe团簇。在Pt₄Fe₁@Gr模型上，CO更倾向于吸附在Pt系合位点上，而O₂则吸附在Pt-Fe界面上。

当CO分子被吸附到Pt位点（5CO*）上时，被吸附的氧在0.1 eV的低势垒下容易解离，其中一个O*嵌在Pt₄Fe₁上形成稳定的活性结构（Pt₄Fe₁@Gr），其他O*与吸附在相邻Pt位点上的CO反应，势垒为0.56 eV，析出CO₂。

随后，在碳空位锚定的Pt-Fe界面上，吸附的CO和O2容易发生反应，生成势垒为0.21 eV的OCOO*中间体，进而生成势垒为0.46 eV的CO₂。

0.75Pt0.1Fe/ND@G在30 ℃时其活性增加，当Fe掺杂量为0.2 wt%时，氧化活性达到最大值，而Fe负载量的进一步增加则性能降低。

对不同Fe负载的催化剂的动力学研究表明，负载在ND@G上的一系列Pt-Fe催化剂相似的表观激活势垒明显低于0.75Pt/ND@G，表明不同的Pt-Fe催化剂之间的反应机理或活性位点不同。

Fully-exposed Pt-Fe cluster for efficient preferential oxidation of CO towards hydrogen purification. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-34674-y.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34674-y.