近日，我所节能与环境研究部能源环境工程研究中心（DNL0901组）王树东研究员、王胜研究员、宗绪鹏助理研究员团队在铂（Pt）基甲烷燃烧催化剂开发方面取得新进展，设计开发了一种高活性、耐硫的Pt基负载型甲烷燃烧催化剂，并揭示了甲烷在该催化剂活性位点上的吸附活化机制。
催化燃烧技术广泛应用于净化挥发性有机气体（VOCs）、焦炉烟气、工业窑炉一氧化碳（CO）气体、低浓度乏风瓦斯等。传统甲烷燃烧催化剂的活性组分为贵金属钯（Pd），但其极易因硫中毒而失活。虽然Pt基催化剂在CO、VOCs等催化燃烧过程展现出优异的耐硫性能，但其甲烷活化能力较弱，亟需提升其甲烷催化氧化活性以满足甲烷净化领域的应用需求。
在本工作中，团队设计合成了一种铂/氧化锡（Pt/SnO2）催化剂，实现了甲烷的高效催化净化，解决了甲烷催化燃烧对Pd金属的依赖和硫中毒问题。研究发现，SnO2上负载的Pt原子呈现出独特的团簇堆积构型和缺电子状态。原位表征和密度泛函理论计算表明，这种特殊的几何和电子结构使Pt位点能够与甲烷分子发生强烈的电子耦合，可以“夺取”甲烷分子中C-H键的电子并“注入”到Pt的dz2空轨道中，导致甲烷分子中的一个C-H键变长（1.22 Å）。该机制增强了Pt活性中心对甲烷的化学吸附和活化能力，并在分子氧供给后实现了氧化还原循环。该催化剂展现出优异的低温活性、稳定性、耐硫中毒能力：空速为60,000 ml gcat-1 h-1时，甲烷燃烧90%转化温度（T90）低至390oC；在500oC下，催化剂在30 ppm SO₂含硫条件下稳定运行超过20小时，活性衰减小于1%。
该团队长期致力于大气污染物催化净化技术的应用基础研究、过程开发及系统集成工作，开发的催化燃烧技术在VOCs净化领域已实现大规模应用。近年来，团队还在CO协同净化（ACS Catal.，2024）、甲烷催化氧化（Chem. Eng. J.，2020）等耐硫催化剂开发方面开展了系列应用基础研究。
相关工作以“Electron-deficient Pt Crowding Atoms on SnO2 for Efficient Low-Temperature Lean Methane Combustion”为题，发表在《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）上。该成果的共同第一作者是我所DNL0901组联合培养博士研究生王然和南昌大学李国波博士，该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院基础研究领域优秀青年团队、榆林中科洁净能源创新研究院联合基金、我所创新基金等项目的支持。（文/图 王然、宗绪鹏）
