Single-atom catalysts have been studied extensively for heterogeneous catalytic reactions because they use precious metals the most efficiently with 100% atom utilization and they possess unique selectivity due to the lack of ensemble sites. Chloride ligands often help to stabilize Pt single-atoms, but their effect on the catalytic reactions has not been studied. In this study, sinlge atomic Pt supported on TiC was prepared from chloride Pt precursors, then chloride ligand was intentionally removed by increasing reduction temperature. As the reduction temperature increased from 100 $^\circ C$ to 300, 500, 700 $^\circ C$, the chloride ligand was gradually peeled off. In the 0.2 wt% Pt/TiC, the catalyst reduced at 100 $^\circ C$ possessed highly oxidized Pt single-atoms, whereas the catalyst reduced at 300 $^\circ C$ had more reduced Pt single-atoms with a little Pt nanoparticles. The catalyst reduced at 300 $^\circ C$ exhibited the highest currents for $H_2O_2$ formation in electrochemical oxygen reduction reaction. When the catalyst was reduced at higher than 300 $^\circ C$, the Pt single-atoms were aggregated and the currents for $H_2O_2$ formation decreased significantly. Controlling the oxidation state of the single-atoms is very important to maximize the activity of the single-atom catalysts.
단일 원자 촉매는 100%의 원자 이용율을 가져 귀금속을 가장 효율적으로 사용할 수 있고, 금속의 앙상블 자리가 없어 독특한 반응성을 나타내기 때문에 불균일계 촉매 분야에서 활발히 연구되고 있다. 단일 원자 촉매 합성 시, 전구체로부터 제거되지 않고 남아있는 염소 리간드는 단일 원자를 안정화하는데 도움을 주지만 이들이 촉매 반응에 미치는 영향에 대해서는 아직 연구된 바 없다. 본 연구에서는 초기 습윤 합침법으로 염화백금산 전구체를 탄화 티타늄에 담지 하였고 일련의 환원처리를 통해 단일 원자 촉매를 합성하였다. 염소 리간드를 인위적으로 제거하기 위해 환원 과정의 온도를 100 $^\circ C$에서 300, 500, 700 $^\circ C$로 증가시켜 주었고, 환원 온도가 증가함에 따라 염소 리간드가 더 많이 제거됨을 확인 하였다. 100 $^\circ C$에서 환원된 촉매의 경우 백금 단일 원자들이 고도로 산화된 상태로 존재한 반면, 300 $^\circ C$에서 환원된 촉매의 경우 백금 단일 원자들이 좀 더 환원된 상태로 존재하였고 약간의 백금 나노 입자들도 같이 관찰되었다. 전기화학적 산소 환원 반응을 통한 $H_2O_2$ 생산에서 300 $^\circ C$ 환원 촉매가 가장 높은 성능을 보였고, 환원 온도가 300 $^\circ C$ 보다 높은 경우 백금 단일 원자들의 뭉침 현상이 심하게 일어나 성능이 감소하는 경향을 나타냈다. 이 연구를 통해 단일 원자의 산화 상태를 제어하는 것이 단일 원자 촉매의 활성을 극대화하는데 있어 매우 중요한 요소임을 확인 하였다.
