聚也CO，散也CO

前言：

催化剂的稳定性一直是催化领域研究的重点。易聚集、烧结一直是纳米催化剂所面临的挑战。一般而言，尺寸越小、表面能越大、表面能越大、也就越不稳定。

近年来，单原子和几个原子的团簇催化不断展露头角，相关报道频见于各大顶级期刊。研之成理平台出品过系统性综述和相关快讯，详见文末相关阅读。

尺寸极小的团簇和单原子催化活性高，原子利用率也非常高。同时，与高活性和高利用率相对应的是高表面能、稳定性差，负载量低。

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本期内容分享一篇近期发表在PANS上的文章，如下图1。本文研究了小分子CO对Pt/Pt3O4催化剂中Pt Cluster稳定性的影响。

图 1

作者首先合成出原子级分散的Pt/Fe3O4(001)模型催化剂，然后选择性吸附CO，并利用STM观察CO对Pt原子稳定性和迁移规律的影响。

吸附CO之前，Pt/Fe3O4(001)的STM图像如下图2左所示：

图 2

图中可见表面Pt原子以两种形式存在，分别标示为Pt1和Pt1*。右侧图B和图C分别为两种吸附Pt原子的理论模拟模型。其中Pt1吸附能更大，更稳定，也较为常见。而Pt1*吸附能较小，高温真空条件下可以转化为Pt1。

当引入CO气体，CO则与两种Pt原子结合，如图2所示。

图 2

从图2B、2C中可以发现。Pt1-CO和Pt1*-CO之间可以实现相互转换。图E为理论模拟构型。图F为模拟STM图。

当催化剂Pt/Fe3O4(001)长时间暴露在CO气氛中，并用STM进行观察。作者发现在CO的作用下Pt单原子开始融合成dimer，Trimer。具体过程见图3。

图 3

图A中CO的暴露时间为10min。B-G为不同时间段，催化剂的局部放大图。图中清晰可见Pt从Pt1过渡为Pt4。

当抽除CO并适当加热（520 K）, 催化剂表面的Pt原子又分散为单元形态。如图4所示。

图 4

点评：本文发现在CO气氛下Pt/Fe3O4(001)催化剂中单元Pt难以稳定存在，CO导致单原子Pt聚集成为二聚体、三聚体等小团簇。相反CO对于这类极小的团簇具有稳定作用。这一研究结果对于单原子催化中真的活性中心提出疑问。特别是在涉及CO的催化反应中。可能真正的活性中心是小团簇而不是单原子。同时，或许可以利用CO来提高催化剂中小团簇的稳定性。

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