第一作者：Lu-ning Chen
通讯作者：Ji Su, Gabor A. Somorjai
通讯单位：劳伦斯伯克利国家实验室
研究亮点：
1. 系统对比了单位点催化剂和纳米颗粒催化剂的产氢效率。
2. 深入研究了Pt/CeO2催化甲醇产氢的机理。
单原子催化产氢
氢气具有很高的重量能量密度并且仅在燃烧时产生水，被视为有吸引力的能源载体。然而，由于其低的体积能量密度，在实际的氢存储和运输中仍然存在一些挑战。在最近的十年中，使用液态有机分子化学键作为氢载体原位产生氢提供了一种可行的方法来潜在地解决该问题。
甲醇是液态储氢的绝佳载体之一，而原子级分散催化剂在催化甲醇产氢领域表现出独特的优势。但是，和传统的纳米颗粒催化剂相比，单原子（单位点）催化剂比到底有多大潜力，活性纳米颗粒的尺寸如何影响整个反应体系，还需要更多深入和系统的研究。
成果简介
有鉴于此，劳伦斯伯克利国家实验室Gabor A. Somorjai和Ji Su等人使用甲醇作为氢载体，系统对比了单位点Pt1/CeO2和2.5 nm Pt/CeO2、7.0 nm Pt/CeO2三种催化剂的产氢性能。
要点1. 合成方法
单位点催化剂的制备：以多孔CeO2纳米棒作为载体，通过抗坏血酸还原法直接合成Pt1/CeO2催化剂。
纳米颗粒催化剂的制备：预先合成2.5 nm和7.0 nm的Pt纳米颗粒，然后和多孔CeO2纳米棒作载体混合，最后通过紫外-臭氧处理去除金属纳米颗粒表面配体。
图1. 催化剂表征
要点2. 性能对比
在催化甲醇产氢反应中，与传统的纳米颗粒催化剂相比，单位点催化剂显示出优异的氢生成效率，比2.5 nm Pt/CeO2催化剂高40倍，比7.0 nm Pt/CeO2催化剂高800倍。
图2. 催化性能对比
要点3. 机理研究
DFT计算和各种表征手段表明，在低温条件下，甲醇分子吸附在Pt表面，然后断裂O-H键，形成CH3O*；然后三个C-H断裂，形成COads和Hads物种。由于当Pt的尺寸更小的时候，缺陷位和台阶位C-H键和O-H键断裂的能垒更低，所以，单位点Pt1/CeO2催化剂更容易分解产氢。
图3. 同步辐射研究
小结
该工作系统而深入，是Gabor A. Somorjai老先生的一贯风格。这一研究进一步凸显了单位点催化剂的优势，并为进一步合理设计高效催化剂以实现可持续的储能铺平了道路。
参考文献：
Lu-Ning Chen et al. Efficient Hydrogen Production from Methanol Using ASingle-Site Pt1/CeO2 Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2019
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09431