​南大/扬大ACS Catalysis：Al2O3(110)面上沉积Pt亚纳米团簇，有效催化甲酸分解和水煤气变换

众所周知，对于许多催化反应，金属粒径的大小可以很大程度上决定催化剂的活性(所谓的结构敏感催化)。在贵金属催化剂的应用中，如何提高贵金属的利用率(即降低贵金属含量)，同时提高催化剂的效率(即提高催化活性和选择性)一直是催化领域的热门话题。

近日，南京大学季伟捷、陈兆旭和扬州大学袁恩先等通过原子层沉积策略和沉积-沉淀方法，在Al₂O₃(110)面和Al₂O₃棒上精确地沉积了尺寸可调的Pt团簇，并深入研究了所制备催化剂的结构-性能相关性。

将所得材料应用于水煤气变换(WGS)和甲酸(FA)分解。与Al₂O₃(110)面上的Pt纳米颗粒或多晶棒状Al₂O₃上的Pt细团簇相比，Al₂O₃(110)面上具有极低Pt负载(0.07 wt%)的超细Pt团簇(0.07% Pt/Al₂O₃-AD)能够进行低温CO转化，在210°C下TOF_CO为2.1 s⁻¹，CO转化率为10.2 mmol g_Pt⁻¹ s⁻¹；对于FA分解，0.07% Pt/Al₂O₃-AD在200°C下具有最高的TOF(1.02 s⁻¹)，FA转化率几乎达100%。

实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，反应通过Pt/Al₂O₃(110)界面上的缔合机制进行，并且沉积有超细Pt簇的Al₂O₃(110)面对于水活化非常活跃，并产生更高浓度的OH物种以加速*COOH形成；Al₂O₃(110)面上的ALD衍生的亚纳米Pt团簇对WGS表现出显著的高活性，在210°C下的CO转化率为100%。

此外，在相同的Al₂O₃(110)面(0.46% Pt/Al₂O₃-DP)上，ALD比DP衍生的大型Pt纳米颗粒具有更高的质量比反应速率和更高的TOF值，并且明显优于普通的Al₂O₃负载的Pt和其他金属催化剂。

综上，这项工作突出了通过精确控制金属实体尺寸和氧化物载体来实现特定面暴露，从而产生用于清洁能源生产的高性能催化材料的有效性，并且它在不同应用中的界面结构控制和设计方面是通用的。

Atomic-Layer-Deposition Derived Pt subnano Clusters on the (110) Facet of Hexagonal Al₂O₃ Plates: Efficient for Formic Acid Decomposition and Water Gas Shift. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c04784