Forskere identificerer atomstruktur af katalytisk aktiv kobber-ceria-grænseflade

For nylig, Dr. Zhou Yan og prof. Shen Wenjie ved Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) fra det kinesiske videnskabsakademi og deres samarbejdspartnere identificerede atomstrukturen i den katalytisk aktive kobber-ceria-grænseflade og foreslog en kobber-dobbeltlagsmodel. Deres resultater blev offentliggjort i Naturkatalyse .

På grund af deres naturlige overflod, lavpris, og endnu vigtigere, deres unikke elektroniske egenskaber, kobberkatalysatorer er blevet industrielt anvendt og grundlæggende undersøgt for flere kemiske reaktioner, der er nært relevante for energi.

Kobber nanopartikler, spredt på ceria, udgøre et yderst effektivt katalysatorsystem til lavtemperatur-vand-gasforskydningsreaktionen, som danner brint, og CO/CO ₂ hydrogenering, der giver methanol. De to processer er afgørende for at udnytte kulstofressourcer.

Kobber-ceria-grænsefladen er formodet ansvarlig for den katalytiske ydeevne. Imidlertid, direkte identifikation og en kvantitativ beskrivelse af de aktive steder, som direkte interagerer med de reaktive molekyler under katalyse, forblive udfordrende.

"Vores konklusioner er baseret på observation af små kobberhobe ved en kombination af scanningstransmissionselektronmikroskopi (STEM) og elektronenergitabspektroskopi (EELS), sondering af det grænsefladebindingsmiljø ved in situ infrarød (IR) spektroskopi, og rationalisering ved beregninger af densitet funktionel teori (DFT), "sagde prof. Shen.

"Ved undersøgelse af atomstrukturen i den katalytisk aktive kobber-ceria-grænseflade, vi fandt, at kobberklyngen bestod af et bundlag af hovedsageligt Cu+ -atomer, der var bundet til iltmulighederne i ceria, og et øverste lag Cu0 -atomer koordineret med de underliggende Cu+ -atomer, "Tilføjede professor Shen.

I øvrigt, forskerne fandt ud af, at lavtemperatur-vand-gasforskydningsreaktionen fandt sted ved kobber-ceria-grænsefladegrænsen via en samarbejdsmekanisme på stedet, hvorved Cu+ -stedet kemisk adsorberer CO, mens det tilstødende oxygen -ledige sted dissociativt aktiverer vand.