Pt Atom-Substituted MoC Single-Atom Catalyst for Enhancing H2 Production

催化作用 Atom(片上系统) 材料科学 化学 结晶学 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Nanfang Tang,Dongyuan Liu,Shuai Chen,Zhenyu Wang,Yuxia Ma,Qi Li,Yunshuai Li,Guoliang Xu,Chuntian Wu,Liqun Kang,Wenhao Luo,Botao Qiao,Houyu Zhu,Yu Cong
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (19): 14297-14307 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c01821
摘要

Single-atom catalysts with a maximum atom utilization efficiency have shown great potential for application in energy conversion and storage fields. Herein, a highly stable single-atom Pt catalyst (Pt 1 /α-MoC) on α-MoC nanoribbons with Pt loading up to 2% is fabricated using an atom substitution strategy for the water–gas shift (WGS) reaction, which exhibits a very high H 2 production rate of 1094 μmol CO /g cat s at 200 °C, indicating one of the highest activity levels compared with the reported state-of-the-art WGS catalysts. Complementary advanced characterizations, including aberration-corrected scanning transmission electron microscopy (STEM), synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS), and density functional theory (DFT) calculations, demonstrate that single Pt atoms are uniformly dispersed on the outermost surface of α-MoC and strongly confined within the crystalline lattice of molybdenum carbides. In situ spectroscopic studies and DFT calculations reveal that the Pt-MoC interface serves as a primary active site of the water gas shift (WGS) reaction, boosting H 2 O molecule activation, to form the key OH* intermediates. Our findings offer an efficient method for the rational design of high-activity single-atom catalysts and lay a good foundation for their industrial application.
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