近日，华东理工大学化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心教授戴升、工业催化研究所教授郭耘与北京大学化学与分子工程学院教授马丁合作，在二氧化钛负载铂基（Pt/TiO2）催化剂的研究中取得新进展，首次实现在金红石型TiO2上外延生长PtO2原子层，并证实了该类外延结构对多种催化反应的性能有促进作用，为多种先进多相催化剂的精准设计和开发提供了基础。相关成果发表于《美国化学会志》。
铂（Pt）基催化剂被认为是光、热、电催化等多类关键反应的核心催化剂。目前广泛应用的Pt/TiO2催化剂，其性能优化依赖于对负载Pt金属物种结构与化学状态的精准控制。金属物种在氧化物载体表面的外延生长被认为是控制界面结构的有效策略，可促进界面电子转移、金属-载体相互作用及金属物种化学状态的改变，从而优化催化活性和稳定性。β-PtO2具有金红石结构，其晶格参数与金红石型TiO2非常接近，为PtO2在金红石型TiO2上的外延生长提供了可能。然而，PtO2物种在金红石型TiO2表面外延生长的现象从未有报道。
在前期研究中，研究团队发展了低损伤扫描透射电子显微成像法，实现了对电子束敏感材料低损伤高信噪比的成像与定量分析，并利用该成像方法解析了TiO2负载的金属氧化物的电子束敏感特性与本征界面构型。
在此基础上，研究人员通过浸渍-煅烧的方法，在金红石型TiO2上外延生长出PtO2原子层。进一步地，团队利用低损伤成像方法，在原子尺度揭示了外延PtO2物种的本征结构，并证明PtO2/TiO2外延结构的电子束敏感特性导致其“庐山真面目”一直未被发现。PtO2/TiO2外延结构可在催化剂制备过程中调节Pt/TiO2催化剂中Pt物种状态，产生独特的几何结构和电子状态，从而促进电催化析氢反应和热催化一氧化碳氧化反应。此外，这种合成和表征策略可以普适地应用到多种金红石外延贵金属氧化物的材料。
金红石型TiO2上外延生长PtO2原子层的合成表征示意图 图片来源于《美国化学会志》
相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.3c10659
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