甲醇電氧化在低溫燃料電池、生物物質(zhì)轉(zhuǎn)化和精細(xì)化學(xué)過程中起著重要的作用。Pt-M二元合金通過調(diào)節(jié)Pt的配位環(huán)境，對甲醇氧化反應(yīng)(MOR)表現(xiàn)出了良好的活性。然而，主要的中間體CO由于其很強(qiáng)的親和力，極大地毒害了催化中心。雖然Pt與Ru等嗜氧金屬合金化可以在一定程度上減輕CO中毒問題，但Pt-Ru合金的隨機(jī)分布導(dǎo)致有限的協(xié)同活性中心。

基于此，西安大略大學(xué)孫學(xué)良、哈爾濱工業(yè)大學(xué)王家鈞和中科院物理研究所蘇東等通過選擇性ALD技術(shù)合成了Ru單原子耦合到PtNi NPs(Ru-ca-PtNi)表面空腔上的混合催化劑，其中Ru單原子只被捕獲在凹域中。

該催化劑對MOR的峰值質(zhì)量活性有所提高，為2.01Amg^-1_Pt，與商業(yè)Pt/C相比提高了5.8倍。透射電鏡結(jié)果表明，與Ru單原子位于Pu-Ni NPs(Ru-su-PtNi)光滑表面的參考催化劑相比，RuNi NPs(Ru-ca-PtNi)具有明顯的凹域。此外，Ru-ca-PtNi經(jīng)過穩(wěn)定性試驗(yàn)后的性能損失只有20%，而Ru-su-PtNi的性能損失接近50%。

Operando FTIR和密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，Ru單原子-腔協(xié)同耦合通過優(yōu)化d帶中心位置，有效地加速了CO的去除。此外，理論分析表明，被空腔捕獲的Ru原子具有較高的擴(kuò)散勢壘，從而解釋了為何Ru-ca-PtNi的穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。

總的來說，本研究證明了一種單原子-腔耦合機(jī)制來提高單原子基催化劑的活性和穩(wěn)定性，并且為設(shè)計(jì)具有優(yōu)異活性和穩(wěn)定性的先進(jìn)單原子定制金屬NPs催化劑的一種高效方法。

Selectively Coupling Ru Single Atoms to PtNi Concavities for High Performance Methanol Oxidation via d-Band Center Regulation. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202207524