[00103133]低温下即具有极高反应活性的fcc相Ru纳米粒子催化剂

该研究工作首先使用DFT理论计算了fcc相与hcp相Ru的Wulff平衡结构模型里各个表面的CO解离势垒。CO解离通常被认为是费托合成的决速步，而CO解离势垒的大小可以反映出催化剂的费托合成活性。计算结果表明hcp相Ru（0001）面的Step-B台阶位具有最低的CO解离势垒，但在真实纳米粒子体系中较难暴露，而fcc相Ru具有（100）、（211）面以及（111）面Step-B台阶位等一系列CO解离势垒较低的表面，有可能具有非常好的费托合成催化活性。 根据DFT计算结果，设计合成了以fcc相Pt纳米晶为核，外延生长fcc相Ru的Pt-Ru core-shell结构纳米催化剂。该催化剂在393-433 K的较低温度下即表现出远高于hcp相Ru的费托合成催化活性，433 K下活性可达 37.8 molCO·molRu-1·h-1 ，这是目前相同温度下报道的活性最高的费托合成催化剂。同时该催化剂也具有非常好的产物选择性与稳定性。经过对催化剂结构的详细表征，利用STEM、XAFS、XRD等手段对该fcc Pt-Ru纳米催化剂的结构进行了模拟重建，证实了该催化剂具有超高活性位密度，表面大量暴露Ru（100）、（211）以及（311）等具有优异的CO活化能力的结构， 其活性位密度是此前最好的hcp Ru催化剂的1-2个数量级以上。证明了fcc Ru催化剂相比hcp Ru具有更好催化性能的本质是具有更密集的催化活性位点。