陜西
催化氧化技術是揮發性有機物（VOCs）污染治理的重要手段，但實際應用中，傳統催化劑在低溫（＜200℃）條件下表面活性位點的給電子能力不足，對氧氣（O2）的活化能力有限，嚴重制約凈化效率。貴金屬納米顆粒雖具備良好的給電子特性，但活性位點利用率低；而高利用率的貴金屬單原子催化劑又電子密度不足。因此，如何設計材料活性位點結構，使其兼具高電子密度和高原子利用率，成為低溫催化降解VOCs的關鍵問題。
中國科學院地球環境研究所空氣凈化新技術團隊（AirPNT）提出了一種構筑零價鉑單原子的新路徑。研究團隊以富含晶格缺陷的超薄Co3O4納米片為載體，通過低溫氫氣還原策略成功實現了零價鉑單原子的穩定構筑。理論計算與多手段譜學表征顯示，與常規的高價鉑單原子相比，零價鉑單原子消除了部分氧配位，形成鉑與鈷強相互作用的局域結構，顯著優化金屬與載體間電子相互作用，使鉑單原子富集電子，增強了對O2的給電子能力。零價鉑單原子可將O2直接活化至高活性過氧態，而高價鉑單原子僅能將O2活化至活性更弱的超氧態（圖1）。以甲苯這種典型VOC污染物為例，零價鉑單原子在140 °C（甲苯降解率為90%對應的溫度）的轉化頻率較高價鉑單原子提升9.3倍（圖2）。機理研究表明，零價鉑單原子還改變了甲苯的吸附構型和反應路徑，使其降解產生的中間物種更易轉化，提升了催化劑穩定性（圖3）。
該成果近期在線發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。研究得到國家自然科學基金（52400139）及黃土科學全國重點實驗室項目（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
圖1. 氧氣活化機理
圖2. 零價鉑單原子與高價鉑單原子的甲苯催化氧化性能對比
圖3. 甲苯催化氧化機制
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