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原位同步輻射譜學方法助力新型催化劑的結構探測

時間:2019年02月01日 點擊數: 出處: 編輯:

  针对能源和环境相关的国家重大需求和科学前沿研究问题,近年来北京同步輻射裝置(BSRF)X-射线谱学实验站致力于原位实验平台的发展,其中的时空分辨原位X-射线吸收光谱(XAS)技术和方法为一些原创性研究课题提供了重要的研究手段。

  1月31日,BSRF用户中国科学技术大学韦世强教授等课题组在 nature杂志发表了氢燃料电池的新型催化剂文章“Atomically dispersed iron hydroxide anchored on Pt for preferential oxidation of CO in H2”,研究人員利用原子層沈積技術,首次在SiO2擔載的Pt金屬納米顆粒表面上精准構築出單位點Fe1(OH)x物種,進而形成了一種新型的Fe1(OH)x-Pt單位點界面催化劑結構。在富氫氛圍一氧化碳氧化反應中,他們利用該催化劑首次在-75°C至110°C的超寬溫度區間,成功實現了100%選擇性地一氧化碳完全去除,突破了現有的一氧化碳氧化反應中,催化劑工作溫度高和溫區窄的兩大瓶頸限制,爲解除氫燃料電池一氧化碳“中毒休克”危機,延長電池壽命,拓寬電池使用溫度環境以及其民用推廣等方面掃清了重大障礙。

  該工作中,韋世強教授課題組利用BSRF原位X-射線譜學平台,發現Fe1(OH)x物種在催化反應氣氛中的結構是Fe1(OH)3,Fe1原子與Pt納米顆粒表面Pt原子形成Fe1-Pt的金屬鍵,並且驚奇地發現該物種具有超高還原特性,在室溫就實現氫氣還原生成Pt-Fe1(OH)2,確定了在Pt顆粒表面上形成的Pt-Fe1(OH)3單位點界面是其催化活性中心,揭示了其催化反應機理。

  論文鏈接DOI:10.1038/s41586-018-0869-5

   

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