Pt on Atomic-Layered WO3 Islands: Electronic Tuning of Platinum–Tungsten Heterostructures for Highly Efficient Low-Temperature VOC Combustion

催化作用 燃烧 异质结 铂金 材料科学 钨 纳米技术 化学 物理化学 光电子学 生物化学 冶金
作者
Jiangwei Ni,Zhiwei Huang,Mingshuo Tian,Wen Chen,Qiqi Zhou,Juanjuan Gong,Xinlong Liao,Junhong Chen,Shuangning Gan,Jia Chen,Xiaomin Wu,Huazhen Shen,Huawang Zhao,Guohua Jing
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (16): 7020-7031 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c00123
摘要

Adjusting the electronic state of noble metal catalysts on a nanoscale is crucial for optimizing the performance of nanocatalysts in many important environmental catalytic reactions, particularly in volatile organic compound (VOC) combustion. This study reports a novel strategy for optimizing Pt catalysts by modifying their electronic structure to enhance the electron density of Pt. The research illustrates the optimal 0.2Pt-0.3W/Fe 2 O 3 heterostructure with atomic-thick WO 3 layers as a bulking block to electronically modify supported Pt nanoparticles. Methods such as electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and in situ Fourier transform infrared spectroscopy confirm Pt’s electron-enriched state resulting from electron transfer from atomic-thick WO 3 . Testing for benzene oxidation revealed enhanced low-temperature activity with moderate tungsten incorporation. Kinetic and mechanistic analyses provide insights into how the enriched electron density benefits the activation of oxygen and the adsorption of benzene on Pt sites, thereby facilitating the oxidation reaction. This pioneering work on modifying the electronic structure of supported Pt nanocatalysts establishes an innovative catalyst design approach. The electronic structure-performance-dependent relationships presented in this study assist in the rational design of efficient VOC abatement catalysts, contributing to clean energy and environmental solutions.
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