Highly Stable Pt/CeO2 Catalyst with Embedding Structure toward Water–Gas Shift Reaction

催化作用 化学 水煤气变换反应 嵌入 化学工程 无机化学 有机化学 计算机科学 工程类 人工智能
作者
Jun Yu,Xuetao Qin,Yusen Yang,Mingxin Lv,Pan Yin,Lei Wang,Zhen Ren,Boyu Song,Qiang Li,Lirong Zheng,Song Hong,Xianran Xing,Ding Ma,Min Wei,Xue Duan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (1): 1071-1080 被引量:179
标识
DOI:10.1021/jacs.3c12061
摘要

Strong metal-support interaction (SMSI) has been extensively studied in heterogeneous catalysis because of its significance in stabilizing active metals and tuning catalytic performance, but the origin of SMSI is not fully revealed. Herein, by using Pt/CeO2 as a model catalyst, we report an embedding structure at the interface between Pt and (110) plane of CeO2, where Pt clusters (∼1.6 nm) are embedded into the lattice of ceria within 3-4 atomic layers. In contrast, this phenomenon is absent in the CeO2(100) support. This unique geometric structure, as an effective motivator, triggers more significant electron transfer from Pt clusters to CeO2(110) support accompanied by the formation of interfacial structure (Ptδ+-Ov-Ce3+), which plays a crucial role in stabilizing Pt nanoclusters. A comprehensive investigation based on experimental studies and theoretical calculations substantiates that the interfacial sites serve as the intrinsic active center toward water-gas shift reaction (WGSR), featuring a moderate strength CO activation adsorption and largely decreased energy barrier of H2O dissociation, accounting for the prominent catalytic activity of Pt/CeO2(110) (a reaction rate of 15.76 molCO gPt-1 h-1 and a turnover frequency value of 2.19 s-1 at 250 °C). In addition, the Pt/CeO2(110) catalyst shows a prominent durability within a 120 h time-on-stream test, far outperforming the Pt/CeO2(100) one, which demonstrates the advantages of this embedding structure for improving catalyst stability.
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