在氫氣中優(yōu)先氧化CO（PROX）是一種很有前途的氫氣凈化方法，可避免富含氫氣的燃氣中微量CO對催化劑的毒害。

基于此，北京大學馬丁教授和中科院金屬研究所劉洪陽研究員（共同通訊作者）等人報道了一種新型催化劑，完全暴露的Pt-Fe雙金屬團簇固定在缺陷石墨烯/納米金剛石（ND@G）雜化載體上（Pt-Fe/ND@G），其中原子分散和完全暴露的Pt團簇與相鄰的Fe原子結(jié)合，提供豐富的Pt-Fe界面。

Pt-Fe/ND@G在低溫下可以高效優(yōu)先氧化CO, 并且CO完全轉(zhuǎn)化和100%選擇性。在超低金屬負載下表現(xiàn)出優(yōu)異的氧化活性，在30 ℃時CO氧化的質(zhì)量比反應速率高達6.19 (mol_CO)* (g_Pt)^-1?*h^-1。

DFT計算，以了解Pt-Fe/ND@G的CO氧化機理。首先構(gòu)建了以4個Pt原子和1個Fe原子錨定在石墨烯（Gr）上的Pt₄Fe₁@Gr模型，模擬了ND@G上完全暴露的Pt-Fe團簇。在Pt₄Fe₁@Gr模型上，CO更傾向于吸附在Pt系合位點上，而O₂則吸附在Pt-Fe界面上。

當CO分子被吸附到Pt位點（5CO*）上時，被吸附的氧在0.1 eV的低勢壘下容易解離，其中一個O*嵌在Pt₄Fe₁上形成穩(wěn)定的活性結(jié)構(gòu)（Pt₄Fe₁@Gr），其他O*與吸附在相鄰Pt位點上的CO反應，勢壘為0.56 eV，析出CO₂。

隨后，在碳空位錨定的Pt-Fe界面上，吸附的CO和O2容易發(fā)生反應，生成勢壘為0.21 eV的OCOO*中間體，進而生成勢壘為0.46 eV的CO₂。

0.75Pt0.1Fe/ND@G在30 ℃時其活性增加，當Fe摻雜量為0.2 wt%時，氧化活性達到最大值，而Fe負載量的進一步增加則性能降低。

對不同F(xiàn)e負載的催化劑的動力學研究表明，負載在ND@G上的一系列Pt-Fe催化劑相似的表觀激活勢壘明顯低于0.75Pt/ND@G，表明不同的Pt-Fe催化劑之間的反應機理或活性位點不同。

Fully-exposed Pt-Fe cluster for efficient preferential oxidation of CO towards hydrogen purification.?Nat. Commun.,?2022, DOI: 10.1038/s41467-022-34674-y.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34674-y.