Enhancing Methane Combustion Activity by Modulating the Local Environment of Pd Single Atoms in Pd1/CeO2 Catalysts

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作者
Jinshu Tian,Ru Kong,Zhi Wang,Ling Fang,Tianyao He,Dong Jiang,Honggen Peng,Tulai Sun,Yihan Zhu,Yong Wang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (1): 183-191 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c02167
摘要

Reducing methane emissions is crucial for mitigating global warming. Developing highly efficient catalysts for low-temperature methane combustion is of great importance. Supported single-atom catalysts (SACs) have received significant attention in this regard. However, their long-term stability and activity remain challenging. In this study, we present a method for creating a highly active and thermally stable Pd1/CeO2 catalyst by using thermal-shock synthesis (Pd1/CeO2-TS). By subjecting isolated Pd2+ ions to ultrafast shockwaves, we control their local environment, resulting in unique electronic structures and the geometry of the Pd single atoms. Compared with the single-atom Pd1/CeO2 catalyst formed through atom trapping (Pd1/CeO2-AT), Pd1/CeO2-TS showed improved activity for methane combustion with a nearly 20-fold increase in turnover frequency and reversible stability against water. This increase in activity is attributed to the presence of coordination-unsaturated Pd–O species and surface hydroxyls on ceria. These factors enhance the oxygen activity and reduce the barrier for C–H bond activation, resulting in increased catalytic performance.
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