bevictor伟德官网2023年6月23日電（通訊員 李雨清）近日，bevictor伟德官网李俊華教授團隊在CO催化氧化反應中的氧逆溢流研究方面取得新進展，揭示了由CO吸附引發的氧逆溢流界面化學過程。研究成果有助于設計合成新型熱、光、電催化材料，用于環境治理與新能源領域。

氧物種的溢流過程在氧化還原反應中至關重要，但與氫溢流相比，氧溢流的機制尚不清晰。該項研究針對尾氣中的低濃度CO污染物，探究了Pt/TiO₂催化劑氧化CO的反應過程。研究結果顯示，将Sn摻雜到載體TiO₂後激活了低溫（<100°C）下Pt/TiO₂催化劑中的氧逆溢流過程，顯著提升了Pt/TiO₂催化劑的CO氧化活性。結合近常壓X射線光電子能譜技術（XPS）、原位拉曼/紅外光譜和從頭算分子動力學模拟，揭示了氧逆溢流過程是由CO在Pt²⁺位點的吸附引發的Sn-O-Ti鍵斷裂，随後O遷移至活性位點導緻Pt⁴⁺的生成。

圖1 CO氧化活性和穩定性測試

活性測試結果顯示，在相同Pt負載下，Pt/Sn_0.2Ti_0.8O₂的CO氧化活性最好，表明Sn摻雜對促進CO低溫氧化起着重要作用，且Sn的最佳摻雜量為0.2。此外Pt/Sn_0.2Ti_0.8O₂還具有優異的抗硫能力和耐水性。

圖2 Pt/Sn_0.2Ti_0.8O₂、Pt/TiO₂-R和Pt/TiO₂-A的原位NAP-XPS和原位拉曼光譜

在整個原位NAP-XPS研究中，沒有檢測到金屬Pt物種的峰。經H₂預處理後，均隻觀察到Pt²⁺，進一步O₂處理後，未觀察到Pt⁴⁺。然而，Pt/Sn_0.2Ti_0.8O₂引入CO + O₂會生成Pt⁴⁺物種，且Pt⁴⁺僅在通入CO時存在。Pt/TiO₂-R和Pt/TiO₂-A催化劑不存在上述現象。此外，Pt/Sn_0.2Ti_0.8O₂表面Pt²⁺氧化為Pt⁴⁺和CO氧化同時發生，表明晶格氧先轉移到Pt位點上，然後再将CO氧化為CO₂，即發生了氧逆溢流現象。原位拉曼光譜中的所有峰均為Ti-O的振動，其中隻有Pt/Sn_0.2Ti_0.8O₂催化劑在的原位拉曼光譜峰發生了偏移，表明載體中的O配位環境發生改變，側面證明了氧逆溢流的發生。

圖3 Pt/Sn_0.2Ti_0.8O₂和Pt/TiO₂-R上CO氧化的DFT模拟

采用密度泛函理論（DFT）模拟研究了Pt/Sn_0.2Ti_0.8O₂和Pt/TiO₂-R吸附CO後的電荷密度變化。Pt/Sn_0.2Ti_0.8O₂催化劑吸附CO後Sn-O-Ti中O的電荷密度增加，促使了氧逆溢流的發生，參比樣品Pt/TiO₂-R催化劑則無上述現象。此外，從頭算分子動力學模拟結果也直觀地觀測到了氧逆溢流過程。

該項研究成果以“Sn摻雜Pt/TiO₂催化劑低溫CO氧化反應中由CO吸附觸發的氧逆溢流作用”（Reverse Oxygen Spillover Triggered by CO Adsorption on Sn-doped Pt/TiO₂ for Low-Temperature CO Oxidation）為題在線發表在Nature子刊Nature Communication上。論文第一作者為bevictor伟德官网陳建軍副研究員，論文共同第一作者和共同通訊作者為西南交通大學熊尚超助理教授（bevictor伟德官网2021屆博士畢業生），論文通訊作者為bevictor伟德官网李俊華教授。該研究獲國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目資助。

論文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-39226-6