加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。
——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
面向世界科技前沿、面向經濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現科學技術跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構。
——中國科學院辦院方針
——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學院辦院方針
鉑因高催化活性和熱穩(wěn)定性，被廣泛應用于汽車尾氣凈化等領域。單原子分散的鉑催化劑能最大化原子利用率，并降低貴金屬用量，如能解決其活性與穩(wěn)定性問題，將具有廣闊的應用前景。
中國科學院上海高研院光源中心時間分辨組的甘濤博士和李炯研究員利用“缺陷工程調控”策略，在具有La空位的鈣鈦礦LaFeO?（v-LaFeO?）上成功錨定氧化態(tài)鉑單原子（Pt??）來構建高性能催化劑。該催化劑無需還原預處理，即可實現高效的低溫CO氧化，且具有很好的穩(wěn)定性。研究團隊基于上海光源BL11B實驗站搭建了原位吸收譜-質譜聯用技術（in situ XAFS-MS hyphenation techniques）研究平臺。并基于此技術揭示了該過程的反應機制：鉑單原子為反應活性中心，v-LaFeO?與Pt原子間的界面配位氧直接參與反應。CO與界面氧結合生成CO?，消耗的氧物種通過O?在Pt位點的解離快速補充。反應過程中鉑的配位環(huán)境雖隨氧物種循環(huán)發(fā)生動態(tài)變化，但氧化態(tài)Pt的核心狀態(tài)與高配位結構始終保持，避免了鉑的還原團聚或過度氧化鈍化。該研究為Pt單原子催化劑（SACs）在催化氧化反應中“活性與穩(wěn)定性難以兼顧”的難題提供了解決方案，同時XAFS-MS聯用技術的發(fā)展也為其他催化反應的構效關系研究提供了強大助力。相關研究成果發(fā)表于Journal of the American Chemical Society。該成果是在前期超低貴金屬含量催化劑與廉價催化劑開發(fā)研究（J. Am. Chem. Soc. 2024,146,16549-16557;Nat. Commun.,2021,12,2741;Appl. Catal. B: Environ. 2019,257,117943）的基礎上，進一步通過構建原子分散的穩(wěn)定活性位點，成功制備出高效且穩(wěn)定的氧化催化劑。
圖1. XAFS-MS聯用實驗裝置布局
圖2.XAFS-MS聯用技術分析反應機制
XAFS-MS聯用技術可在相同時空維度同步捕獲催化劑的結構演變與活性變化信息，突破傳統(tǒng)研究中結構表征與活性分析分離的瓶頸，為催化反應構效關系的深度解析提供了關鍵技術支撐。此外，我們在BL11B實驗站進一步發(fā)展了時間分辨吸收譜-質譜（QXAFS-MS）聯用技術（專利號：202422447156.6）。該技術可以將催化反應的構效關系研究精確在百毫秒-秒時間尺度，為更快過程的催化反應研究提供了技術保障。
中國科學院上海高等研究院為論文第一完成單位。光源中心甘濤博士為論文第一作者，中國科學院物理研究所陶蕾博士為共同第一作者，光源中心李炯研究員、中國科學院物理研究所杜世萱研究員和清華大學李亞棟教授為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學基金等項目支持。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c08521
