Nat. Mater.报道1100 ℃下稳定的催化剂
更新日期：2022-11-24 活性和稳定催化剂的设计对于应对能源挑战，减少对环境的影响至关重要。铂族元素广泛应用于工业化学转化、汽车排放控制等应用。在恶劣的操作条件下（例如，高温、氧化环境和蒸汽）催化剂会失活，主要的失活途径是通过烧结发生的，在这个过程中，最初很小的纳米颗粒（NPs）生长成较大的纳米颗粒，活性表面积减小。其中，铂族元素稀缺、昂贵且对环境有害，防止其烧结一直是催化研究中长期存在的挑战。
斯坦福大学Matteo Cargnello教授等人在单独制备的浸渍铂纳米颗粒的多孔有机框架（POF）内沉积氧化铝前驱体，然后在氧化铝框架内封装铂纳米颗粒而制备稳定的催化剂，其在氧气和蒸汽存在的条件下，800 ℃下不发生烧结，而传统催化剂容易烧结，但仍然表现出相似的反应速率。此外，将这种方法扩展到Pd-Pt双金属催化剂上，能够保持较小的颗粒，在空气和10%蒸汽中保持高达1100 ℃的温度。该策略可广泛应用于其他金属和金属氧化物，其中烧结是材料失活的主要原因。
在这项研究中，作者制备了封装的铂/氧化铝催化剂（Pt@Al2O3），该催化剂与传统的负载体系一样具有活性，且在水热条件下的高温下保持稳定（氧气和蒸汽），这些封装的Pt NPs在碳氢化合物燃烧反应中表现出前所未有的稳定性。同时，在催化剂配方中加入Pd进一步提高了其稳定性，验证了该方法的多功能性。据所知，本文报道的PdPt@Al2O3催化剂在空气和蒸汽中老化1100 ℃后保持其活性，这是目前报道的具有最高稳定性的负载贵金属催化剂。
相关研究成果以“Templated encapsulation of platinum-based catalysts promotes high-temperature stability to 1100？℃”为题发表在《自然·材料》期刊上（Nature Materials, 2022, DOI: 10.1038/s41563-022-01376-1）。
图1. 封装催化剂的合成及表征。图片来源：Nature Materials
图2. 封装催化剂的催化活性和结构表征以及与负载样品的对比。图片来源：Nature Materials
（摘自能源学人）