南开/山大Adv. Sci.: 转化率大于98%！钛酸钾负载Pd单原子用于选择性HCHO氧化

增加载体与催化剂原子之间的相互作用可以提高金属氧化物载体单原子催化剂的分散性和稳定性。具体而言，当载体与催化原子之间的相互作用强于催化剂原子之间的相互作用时，可以有效地防止催化剂原子的团聚。

此外，金属氧化物载体的氧空位为单原子的锚定提供了均匀的作用位点，由于提供了不饱和的配位位点，在单原子催化剂的制备中显示出独特的优势。

因此，为了制备高效稳定的载体单原子催化剂，有必要进一步增强固有相互作用，增加氧空位的数量。

近日，南开大学贾传成、李光武和山东大学许效红等在钛酸钾(KTO)纳米线上制备单原子Pd(Pd/KTO)，其中TiO₆八面体连接在一起形成层叠二维平面，K⁺离子位于二维层叠之间。

选择HCHO氧化反应作为评价Pd/KTO催化剂催化活性的关键反应，在这个过程中，HCHO被氧化分解为CO₂和H₂O。与Pd₁/TiO₂催化剂相比，Pd₁/KTO催化剂具有极高的活性和稳定性，其中HCHO转化率大于98%，而在Pd₁/TiO₂催化剂上HCHO转化率低于45%。

实验结果表明，催化剂的高活性来自高度分散的Pd和KTO的富氧空位。具体而言，在HCHO氧化反应过程中，HCHO首先吸附在KTO的氧空位上；由于缺乏未被占用的氧空位，后来引入了氧吸附在Pd物种上。同时，本征K⁺离子在KTO中的存在阻止了Pd的团聚，增强了Pd原子/团簇的负电荷。

因此，与Pd₁/TiO₂相比，所得Pd₁/KTO催化剂中存在Pd原子和较小的Pd团簇。这种较小的Pd物种具有更丰富的活性中心，有利于氧在催化剂表面的解离吸附，并且带负电荷的Pd有利于氧的活化，增强了Pd与O₂形成反馈π*键，进一步促进了O₂的吸附。

此外，分解产生的CO中间体再吸附在Pd上，分子氧再吸附在释放的氧空位上。因此，KTO的富氧空位和带负电的表面进一步促进了HCHO的氧化。

Potassium Titanate Supported Atomically Dispersed Palladium for Catalytic Oxidation. Advanced Science, 2022. DOI: 10.1002/advs.202204674

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