陕西
催化氧化技术是挥发性有机物（VOCs）污染治理的重要手段，但实际应用中，传统催化剂在低温（＜200℃）条件下表面活性位点的给电子能力不足，对氧气（O2）的活化能力有限，严重制约净化效率。贵金属纳米颗粒虽具备良好的给电子特性，但活性位点利用率低；而高利用率的贵金属单原子催化剂又电子密度不足。因此，如何设计材料活性位点结构，使其兼具高电子密度和高原子利用率，成为低温催化降解VOCs的关键问题。
中国科学院地球环境研究所空气净化新技术团队（AirPNT）提出了一种构筑零价铂单原子的新路径。研究团队以富含晶格缺陷的超薄Co3O4纳米片为载体，通过低温氢气还原策略成功实现了零价铂单原子的稳定构筑。理论计算与多手段谱学表征显示，与常规的高价铂单原子相比，零价铂单原子消除了部分氧配位，形成铂与钴强相互作用的局域结构，显著优化金属与载体间电子相互作用，使铂单原子富集电子，增强了对O2的给电子能力。零价铂单原子可将O2直接活化至高活性过氧态，而高价铂单原子仅能将O2活化至活性更弱的超氧态（图1）。以甲苯这种典型VOC污染物为例，零价铂单原子在140 °C（甲苯降解率为90%对应的温度）的转化频率较高价铂单原子提升9.3倍（图2）。机理研究表明，零价铂单原子还改变了甲苯的吸附构型和反应路径，使其降解产生的中间物种更易转化，提升了催化剂稳定性（图3）。
该成果近期在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。研究得到国家自然科学基金（52400139）及黄土科学全国重点实验室项目（SKLLQGZD2503）等的支持。
Li Rong, Huang Yu, Zhu Dandan, Zhang Hongna, Cao Leo N. Y., Cao Junji, Lee Shuncheng, Unleashing the power of zero-valent platinum single atoms for enhancing low-temperature oxygen activation. Nature Communications, 2026.
https://www.nature.com/articles/s41467-026-70170-3
图1. 氧气活化机理
图2. 零价铂单原子与高价铂单原子的甲苯催化氧化性能对比
图3. 甲苯催化氧化机制
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