贵金属催化剂广泛应用于挥发性有机物催化净化等重要催化过程，但纳米贵金属粒子在高温下容易迁移与团聚进而发生烧结，使得催化剂活性与稳定性无法兼顾，现已成为多相催化领域的重要挑战之一。针对这一难题，四川大学化学工程学院唐文翔教师团队构建了一种具有“井式”结构的新型Pt/TiO₂@SiO₂催化剂，通过多孔SiO₂壳层的空间限域与缺陷TiO_x的电子调控，实现了活性与稳定性的协同提升（图1）。研究成果近日以“Spatially and Electronically Co-Confinement Effect on Pt/TiO₂@SiO₂for Durable Propane Oxidation”为题目发表于Environmental Science & Technology期刊。四川大学为第一完成单位，博士生张驰为论文第一作者，唐文翔教师为通讯作者，合作单位包括新加坡科技研究局和复旦大学。

图1.“井式”Pt/TiO₂@SiO₂催化剂的构筑思路及结构表征

在丙烷催化氧化反应中，该催化剂在约199 ℃即可实现90%的丙烷转化，较传统同等负载量Pt/TiO₂降低102 ℃，200 ℃下单位Pt质量催化活性提高约16倍，并在连续36 h运行中保持稳定（图2）。即使经历严苛水热老化后，仍可在254 ℃实现90%的丙烷转化，而传统Pt/TiO₂已发生严重失活。研究进一步发现，反应过程中PtO物种会原位转化为具有高活性的部分还原PtO_x物种，其中低配位金属Pt位点能够高效活化丙烷C-H键，缺陷TiO_x则通过电子供给稳定其活性状态。同时，外层多孔SiO₂能显著抑制Pt团聚和TiO₂高温晶相转变。该工作提出的“空间—电子协同限域”创新策略，为突破负载型贵金属催化剂长期存在的活性—稳定性制约关系提供了新的材料设计思路，并为低温高效挥发性有机物净化提供了理论和技术基础。

图2.Pt/TiO₂@SiO₂催化剂的丙烷氧化活性与稳定性结果

本研究得到了四川省国际科技创新合作项目（2025YFHZ0224）、四川大学青年教师创新能力提升项目（2024SCUQJTX018）、国家自然科学基金（22072096）等项目的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/esthag/article/doi/10.1021/acs.est.6c04618/5275802