原位同步輻射譜學方法助力新型催化劑的結構探測

　　針對能源和環(huán)境相關的國家重大需求和科學前沿研究問題，近年來北京同步輻射裝置（BSRF）X-射線譜學實驗站致力于原位實驗平臺的發(fā)展，其中的時空分辨原位X-射線吸收光譜（XAS）技術和方法為一些原創(chuàng)性研究課題提供了重要的研究手段。

　　1月31日，BSRF用戶中國科學技術大學韋世強教授等課題組在 nature雜志發(fā)表了氫燃料電池的新型催化劑文章“Atomically dispersed iron hydroxide anchored on Pt for preferential oxidation of CO in H₂”，研究人員利用原子層沉積技術，首次在SiO₂擔載的Pt金屬納米顆粒表面上精準構筑出單位點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(qū)間，成功實現(xiàn)了100%選擇性地一氧化碳完全去除，突破了現(xiàn)有的一氧化碳氧化反應中，催化劑工作溫度高和溫區(qū)窄的兩大瓶頸限制，為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(huán)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-射線譜學平臺，發(fā)現(xiàn)Fe1(OH)x物種在催化反應氣氛中的結構是Fe1(OH)₃，F(xiàn)e1原子與Pt納米顆粒表面Pt原子形成Fe1-Pt的金屬鍵，并且驚奇地發(fā)現(xiàn)該物種具有超高還原特性，在室溫就實現(xiàn)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