TiO(2) (110) におけるCO酸化を支えた亜ナノメートルの黄金のクラスター:サイズと形状の影響

科学分野:

• 異質なカタリシスである.
• 表面科学とは,地表科学のことである.
• 計算化学はコンピュータ化学である.

背景:

• サブナノメートルの金属クラスターは,触媒に不可欠ですが,そのサイズと形状に依存する性質は完全に理解されていません.
• 二酸化チタン (TiO2) は,触媒で広く使用されるサポート材料です.
• 金塊の大きさ,形,およびTiO2のサポートの相互作用を理解することは,触媒性能を最適化するための鍵です.

研究 の 目的:

• CO酸化のための亜ナノメートルの金クラスター (Aun/TiO2,n = 1-4,7, 16-20) の触媒活動を包括的に研究する.
• TiO2 ((110) 表面上の金塊のサイズと形状に依存する触媒的振る舞いを調査する.
• 触媒活性強化におけるTiO2サポートの役割を明らかにする.

主な方法:

• 密度関数理論 (DFT) の計算を用いて,TiO2.2上の金塊の電子構造とエネルギー学をモデル化しました.
• マイクロキネティクス分析は,反応速度を予測し,反応経路を理解するために使用されました.
• 方法論の検証は,DFT/マイクロキネティクスの予測を,ベンチマークシステムの既存の実験データと比較することによって行われました.

主要な成果:

• 触媒活性は,クラスタサイズがAU18.0まで増加するにつれて,一般的に増加します.
• ホールケージイソメアAu18は,Au7/TiO2の約30倍,最も高いCO酸化活性を示しているが,そのピラミッドイソメアは著しく活動性が低下している.
• TiO2のサポートは,CO吸収を弱め,O2の活性化を促進することによって,触媒的活動を強化し,空洞のケージAu18クラスタは,強度と熱安定性を示しています.

結論:

• Aun/TiO2の触媒活動は,金塊の大きさと同位体構造の両方に強く依存しています.
• ホールケージイソメアAu18は,TiO2.2上のCO酸化のための非常に活性な触媒種を表しています.
• 吸収エネルギーと反応速度を相関させるコントールプロットを含む開発された理論的枠組みは,効率的なサポートされた金属クラスター触媒の設計を導くことができます.