Templated encapsulation of platinum-based catalysts promotes high-temperature stability to 1,100 °C

烧结 催化作用 双金属片 氧化剂 材料科学 铂金 化学工程 纳米颗粒 多孔性 金属 纳米技术 冶金 复合材料 化学 有机化学 工程类
作者
Aisulu Aitbekova,Chengshuang Zhou,Michael L. Stone,Juan S. Lezama-Pacheco,An‐Chih Yang,Adam S. Hoffman,Emmett D. Goodman,Philipp Huber,Jonathan F. Stebbins,Karen C. Bustillo,Peter Ercius,Jim Ciston,Simon R. Bare,Philipp N. Pleßow,Matteo Cargnello
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (11): 1290-1297 被引量:97
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01376-1
摘要

Stable catalysts are essential to address energy and environmental challenges, especially for applications in harsh environments (for example, high temperature, oxidizing atmosphere and steam). In such conditions, supported metal catalysts deactivate due to sintering—a process where initially small nanoparticles grow into larger ones with reduced active surface area—but strategies to stabilize them can lead to decreased performance. Here we report stable catalysts prepared through the encapsulation of platinum nanoparticles inside an alumina framework, which was formed by depositing an alumina precursor within a separately prepared porous organic framework impregnated with platinum nanoparticles. These catalysts do not sinter at 800 °C in the presence of oxygen and steam, conditions in which conventional catalysts sinter to a large extent, while showing similar reaction rates. Extending this approach to Pd–Pt bimetallic catalysts led to the small particle size being maintained at temperatures as high as 1,100 °C in air and 10% steam. This strategy can be broadly applied to other metal and metal oxides for applications where sintering is a major cause of material deactivation. Nanoparticle catalysts can be highly active, but are susceptible to deactivation due to sintering under operational conditions. The Pt and Pd–Pt catalysts synthesized here are stable under demanding reaction conditions with temperatures as high as 1,100 °C.
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