A stable low-temperature H2-production catalyst by crowding Pt on α-MoC

铂金 一氧化碳 水煤气变换反应 催化作用 离解(化学) 水煤气 碳化物 无机化学 化学 合成气 物理化学 有机化学
作者
Xiao Zhang,Mengtao Zhang,Yuchen Deng,Mingquan Xu,Luca Artiglia,Wen Wen,Rui Gao,Bingbing Chen,Siyu Yao,Xiaochen Zhang,Mi Peng,Jie Yan,Aowen Li,Zheng Jiang,Xingyu Gao,Sufeng Cao,Ce Yang,A. Jeremy Kropf,Jinan Shi,Jinglin Xie
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:589 (7842): 396-401 被引量:423
标识
DOI:10.1038/s41586-020-03130-6
摘要

The water–gas shift (WGS) reaction is an industrially important source of pure hydrogen (H2) at the expense of carbon monoxide and water1,2. This reaction is of interest for fuel-cell applications, but requires WGS catalysts that are durable and highly active at low temperatures3. Here we demonstrate that the structure (Pt1–Ptn)/α-MoC, where isolated platinum atoms (Pt1) and subnanometre platinum clusters (Ptn) are stabilized on α-molybdenum carbide (α-MoC), catalyses the WGS reaction even at 313 kelvin, with a hydrogen-production pathway involving direct carbon monoxide dissociation identified. We find that it is critical to crowd the α-MoC surface with Pt1 and Ptn species, which prevents oxidation of the support that would cause catalyst deactivation, as seen with gold/α-MoC (ref. 4), and gives our system high stability and a high metal-normalized turnover number of 4,300,000 moles of hydrogen per mole of platinum. We anticipate that the strategy demonstrated here will be pivotal for the design of highly active and stable catalysts for effective activation of important molecules such as water and carbon monoxide for energy production. A stable, low-temperature water–gas shift catalyst is achieved by crowding platinum atoms and clusters on α-molybdenum carbide; the crowding protects the support from oxidation that would cause catalyst deactivation.
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