該研究工作首先使用DFT理論計算了fcc相與hcp相Ru的Wulff平衡結構模型里各個表面的CO解離勢壘。CO解離通常被認為是費托合成的決速步,而CO解離勢壘的大小可以反映出催化劑的費托合成活性。計算結果表明hcp相Ru(0001)面的Step-B臺階位具有最低的CO解離勢壘,但在真實納米粒子體系中較難暴露,而fcc相Ru具有(100)、(211)面以及(111)面Step-B臺階位等一系列CO解離勢壘較低的表面,有可能具有非常好的費托合成催化活性。 根據DFT計算結果,設計合成了以fcc相Pt納米晶為核,外延生長fcc相Ru的Pt-Ru core-shell結構納米催化劑。該催化劑在393-433 K的較低溫度下即表現出遠高于hcp相Ru的費托合成催化活性,433 K下活性可達 37.8 molCO·molRu-1·h-1 ,這是目前相同溫度下報道的活性最高的費托合成催化劑。同時該催化劑也具有非常好的產物選擇性與穩定性。經過對催化劑結構的詳細表征,利用STEM、XAFS、XRD等手段對該fcc Pt-Ru納米催化劑的結構進行了模擬重建,證實了該催化劑具有超高活性位密度,表面大量暴露Ru(100)、(211)以及(311)等具有優異的CO活化能力的結構, 其活性位密度是此前最好的hcp Ru催化劑的1-2個數量級以上。證明了fcc Ru催化劑相比hcp Ru具有更好催化性能的本質是具有更密集的催化活性位點。
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