近日，華東理工大學化學與分子工程學院、費林加諾貝爾獎科學家聯(lián)合研究中心教授戴升、工業(yè)催化研究所教授郭耘與北京大學化學與分子工程學院教授馬丁合作，在二氧化鈦負載鉑基（Pt/TiO2）催化劑的研究中取得新進展，首次實現(xiàn)在金紅石型TiO2上外延生長PtO2原子層，并證實了該類外延結(jié)構(gòu)對多種催化反應的性能有促進作用，為多種先進多相催化劑的精準設計和開發(fā)提供了基礎(chǔ)。相關(guān)成果發(fā)表于《美國化學會志》。

鉑（Pt）基催化劑被認為是光、熱、電催化等多類關(guān)鍵反應的核心催化劑。目前廣泛應用的Pt/TiO2催化劑，其性能優(yōu)化依賴于對負載Pt金屬物種結(jié)構(gòu)與化學狀態(tài)的精準控制。金屬物種在氧化物載體表面的外延生長被認為是控制界面結(jié)構(gòu)的有效策略，可促進界面電子轉(zhuǎn)移、金屬-載體相互作用及金屬物種化學狀態(tài)的改變，從而優(yōu)化催化活性和穩(wěn)定性。β-PtO2具有金紅石結(jié)構(gòu)，其晶格參數(shù)與金紅石型TiO2非常接近，為PtO2在金紅石型TiO2上的外延生長提供了可能。然而，PtO2物種在金紅石型TiO2表面外延生長的現(xiàn)象從未有報道。

在前期研究中，研究團隊發(fā)展了低損傷掃描透射電子顯微成像法，實現(xiàn)了對電子束敏感材料低損傷高信噪比的成像與定量分析，并利用該成像方法解析了TiO2負載的金屬氧化物的電子束敏感特性與本征界面構(gòu)型。

在此基礎(chǔ)上，研究人員通過浸漬-煅燒的方法，在金紅石型TiO2上外延生長出PtO2原子層。進一步地，團隊利用低損傷成像方法，在原子尺度揭示了外延PtO2物種的本征結(jié)構(gòu)，并證明PtO2/TiO2外延結(jié)構(gòu)的電子束敏感特性導致其“廬山真面目”一直未被發(fā)現(xiàn)。PtO2/TiO2外延結(jié)構(gòu)可在催化劑制備過程中調(diào)節(jié)Pt/TiO2催化劑中Pt物種狀態(tài)，產(chǎn)生獨特的幾何結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)，從而促進電催化析氫反應和熱催化一氧化碳氧化反應。此外，這種合成和表征策略可以普適地應用到多種金紅石外延貴金屬氧化物的材料。