Oxidación de CO en TiO(2) (110) apoyó subnanómetro de oro racimos: tamaño y forma efectos efectos

Área de la Ciencia:

• La catálisis heterogénea.
• Ciencias de la superficie Ciencias de la superficie.
• Química computacional es la química computacional.

Sus antecedentes:

• Los grupos metálicos subnanométricos son cruciales en la catálisis, pero sus propiedades dependientes del tamaño y la forma no se comprenden completamente.
• El dióxido de titanio (TiO2) es un material de soporte ampliamente utilizado en la catálisis.
• Comprender la interacción entre el tamaño, la forma y el soporte de TiO2 del clúster de oro es clave para optimizar el rendimiento catalítico.

Objetivo del estudio:

• Estudiar exhaustivamente las actividades catalíticas de los grupos de oro subnanométricos (Aun/TiO2, n = 1-4, 7, 16-20) para la oxidación del CO.
• Investigar el comportamiento catalítico dependiente del tamaño y la forma de los racimos de oro en una superficie de TiO2{\displaystyle TiO2{1}} .
• Aclarar el papel del soporte de TiO2 en la mejora de la actividad catalítica.

Principales métodos:

• Se emplearon cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para modelar la estructura electrónica y la energía de los grupos de oro en TiO2.
• El análisis de microcinética se utilizó para predecir las tasas de reacción y comprender las vías de reacción.
• La validación de las metodologías se realizó mediante la comparación de las predicciones de DFT/microcinética con los datos experimentales existentes para los sistemas de referencia.

Principales resultados:

• La actividad catalítica generalmente aumenta con el tamaño del racimo hasta Au18.
• El isómero Au18 de jaula hueca muestra la mayor actividad de oxidación de CO, aproximadamente 30 veces mayor que Au7/TiO2, mientras que su isómero piramidal es significativamente menos activo.
• El soporte de TiO2 mejora la actividad catalítica al debilitar la adsorción de CO y facilitar la activación de O2, con un grupo Au18 de jaula hueca que demuestra robustez y estabilidad térmica.

Conclusiones:

• La actividad catalítica de Aun/TiO2 es fuertemente dependiente tanto del tamaño como de la estructura isomérica de los racimos de oro.
• El isómero Au18 de jaula hueca representa una especie catalítica altamente activa para la oxidación de CO en TiO2.
• El marco teórico desarrollado, que incluye un gráfico de contorno que correlaciona las energías de adsorción y las velocidades de reacción, puede guiar el diseño de catalizadores de racimos metálicos con soporte eficiente.