浙江大学Angew：TiO2覆盖层封装Pd，实现低温耐SO2催化CO氧化

催化剂失活是催化过程中一个普遍遇到的问题。工业催化剂很容易被气体原料中存在的强配位杂质污染，这些杂质可以迅速占据催化剂活性点，抑制活性点的再生。其中，存在于合成气和工业/汽车尾气中的二氧化硫(SO₂)和硫化氢(H₂S)具有较强的亲电性，它们可以攻击催化剂中的活性贵金属(如Pd、Pt)，并将其转化为稳定和非活性的金属硫酸盐，导致催化剂失活。

几十年来，人们一直致力于解决许多重要工业反应中的硫中毒问题，如氨(NH₃-SCR)选择性催化还原NO_x、CO氧化、N-杂芳烃氢化和精细化学合成等。同时，一些策略基于“活性位点保护”的概念，如选择性覆盖的活性金属位点，调节金属d带中心和硫化氧载体以削弱硫的吸附等。然而，这些往往伴随着以活性损失为代价。因此，开发有效的策略来制备抗硫中毒的高活性氧化催化剂对于在实际工作条件下延长催化剂的使用寿命至关重要。

近日，浙江大学翁小乐课题组利用超临界水(sc-H₂O)作为反应介质，首先在TiO₂/贵金属NPs表面产生有机涂层基团，随后将前驱体在空气中进行低温热处理(仅为400°C)得到核(Pd)-壳(TiO₂)结构氧化物-金属相互作用(OMI)催化剂。

这种策略不仅克服了高温制备过程中载体的烧结和贵金属活性下降问题，还能够为Pd和TiO₂保留超小颗粒，并诱导Pd被氧饱和的TiO₂覆盖层包裹，从而在SO₂和氧化工作条件下触发催化CO氧化的特殊反应活性和稳定性。

实验结果显示，Pd载量为1wt%的OMI催化剂对SO₂中毒具有良好的抗性，其能够在120°C的条件下连续稳定进行240小时的CO氧化处理(100 ppm SO₂和10 vol%水)。密度泛函理论(DFT)计算揭示了新型OMI催化剂保持稳定的原因，即Pd-O-Ti位点(氧饱和覆盖层)的界面氧原子作为低温CO氧化的非金属活性位点，并将SO₂在金属位点上的吸附方式由金属(d)-SO₂(π*)改变为较弱的σ(Ti-S)键。

更重要的是，这种在Pd NPs上构建TiO₂覆盖层的新方法也可以扩展到其他贵金属，如Ru和Au，这为设计氧饱和覆盖层封装的贵金属催化剂以实现苛刻的催化反应提供了一种普适方法。

Palladium encapsulated by an oxygen-saturated TiO₂ overlayer for low-temperature SO₂-tolerant catalysis during CO oxidation. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202310191