電子構造は,TiO2表面に吸収されたサイズ選択されたPdクラスターの反応性を制御します
William E Kaden1, Tianpin Wu, William A Kunkel
1Department of Chemistry, University of Utah, 315 South 1400 East, Room 2020, Salt Lake City, UT 84112-0850, USA.
二酸化チタンの表面上のパラジウムクラスターの触媒的活動は,クラスターのサイズに依存します. より小さなクラスターは,一酸化炭素の酸化効率に影響を与えるユニークな電子構造を示しています.
科学分野:
- マテリアルサイエンス 材料科学
- 表面化学について
- カタリシス カタリシス カタリシス
背景:
- モデル触媒は,酸化物表面上の金属クラスターの触媒活性を理解するために不可欠です.
- ルチルチタニウム酸化物 (TiO2) の表面に吸収されたパラジウム (Pd) クラスターは,サイズに依存する触媒特性を研究するためのモデルシステムとして機能します.
研究 の 目的:
- サイズの選択されたパラジウムクラスター (Pd(n, n = 125) の,TiO2(110) 表面上のCO酸化に対する触媒活性を体系的に調査する.
- 観察された触媒活性と,パラジウムクラスターの電子構造と表面形態を相関させるため.
主な方法:
- サイズに合わせて選択されたパラジウムクラスターは,ガス相で準備され,ルチルTiO2 (((110) 単一結晶表面に堆積されました.
- 温度プログラム反応スペクトロスコピーは,CO酸化反応を研究するために使用されました.
- クラスターの電子構造 (Pd 3d 結合エネルギー) を分析するために,X線光放出スペクトロスコーピー (XPS) が使用されました.
- イオン散射光譜法 (ISS) を使用して,表面形態学とクラスター成長の行動を決定しました.
主要な成果:
- パラディアム・クラスターの大きさは,CO酸化活動に有意な影響を及ぼし,単調ではない変化を示した.
- X線光放射スペクトロスコピーは,クラスタサイズによるPd 3d結合エネルギーの非単調な変化を明らかにし,活動変動と相関していました.
- より低い触媒活性は,より高いPd 3d結合エネルギーによって示される,安定したバレンスの電子構造と関連していた.
- TiO2 サポートから Pd クラスターへの電子移転の証拠が観察されました.
- 小さなパラジウムクラスターは,単層の島を形成し,Pd10.より大きなクラスターでは第2層の形成が始まる.
結論:
- TiO2上のパラジウムクラスターの触媒性能は,そのサイズと結果の電子構造に強く依存しています.
- サポートから電子の移転を含むサイズに依存する電子特性は,触媒の活性を調節する上で重要な役割を果たします.
- モデル触媒におけるこれらのサイズ・構造・活動関係を理解することは,異質な触媒に対する基本的な洞察を提供します.
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