Pt/CeO2是一种被广泛研究的水煤气变换反应(WGS)催化剂，在低温下具有高活性。一些研究表明，氧化的Pt是活性物种，而其他研究则指向纳米颗粒周围的低配位Pt原子。
此外，与金属纳米颗粒相比，在CeO2上加载0.2 wt%和0.15 wt%的Au会导致原子扩散，并在WGS条件下显著提高活性。这种差异源于催化剂制备方法的变化、反应条件下结构的复杂性以及对活性位点在原子水平上的不完全理解。
为了解决这些挑战，对现实反应条件下不同催化金属结构(如单原子、簇、纳米颗粒和金属配合物)的活性和稳定性进行更严格的理论研究，对于为设计更高效的催化剂提供思路至关重要。
近日，中国科学技术大学李微雪课题组采用从头开始的热力学分析结合第一性原理微动力学模拟，对Pt/CeO2-x催化剂进行了全面的理论分析，强调了与纳米颗粒和单原子相比，单核金属配合物的高稳定性和活性。
研究发现，三种稳定的金属配合物(2OH)-PtV、(1CO)-Pt+OHV和(1OH+1CO)-PtV在低温下的热力学上是有利的，超过了单个Pt原子、纳米颗粒和团簇的稳定性。它们的催化活性通过两种机制进行评估：还原机制和结合机制。还原机制成为最有利的途径，H2的形成被确定为速率控制步骤。
微动力学模拟结果比较了金属配合物和CO/Pt (111)表面，揭示了金属配合物的优越活性。此外，在一系列由CeO2-x负载的过渡后金属中证实了这种金属配合物的普遍存在。同时，氧空位的存在强烈促进了它们的形成，突出了它们在提高催化性能中的关键作用。更重要的是，最大限度地提高其有效性的策略，如利用可还原氧化物、引入掺杂剂或用H2预处理催化剂，对于促进金属复合物的形成至关重要。
总的来说，在WGS条件下，负载在CeO2-x上的纳米颗粒的分解对大多数后过渡金属具有能量上的有利性，突出了单核金属配合物在负载金属纳米颗粒体系中的关键作用。这些发现表明，这种配合物的形成可能是一种普遍现象，可以将这种行为的相关性扩展到广泛的负载金属催化剂。
Unlocking the potential of metal complexes in supported catalysts: Enhancing activity and stability for the water-gas shift reaction. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.5c00540