Au/TiO2のCO酸化:条件に依存する活性部位とメカニズム経路
Yang-Gang Wang1, David C Cantu1, Mal-Soon Lee1
1Institute for Interfacial Catalysis, Pacific Northwest National Laboratory , Richland, Washington 99354, United States.
TiO2を支えるAuナノ触媒のCO酸化は温度と圧力に依存する. 低温ではダイナミックな単原子メカニズムが支配的であり,高温では効率的なCO2生産のための周縁部が活性化されます.
科学分野:
- 異質な触媒
- 表面科学
- コンピュータ化学
背景:
- 二酸化チタン (TiO2) に支えられた金 (Au) ナノ触媒に対するCO酸化は,環境触媒における重要な反応である.
- 効率的な触媒の設計には 反応メカニズムを理解することが不可欠です
研究 の 目的:
- 先進的な計算方法を使用して,TiO2サポートのAuナノ触媒のCO酸化メカニズムを解明する.
- 温度と酸素の偏圧が触媒活動と活性部位に及ぼす影響を調査する.
主な方法:
- Ab initio 電子構造の計算
- アブ・イニシオ分子動力シミュレーション (AIMD)
- 密度関数理論 (DFT) エネルギー学に基づくカバー度依存マイクロキネティックモデリング
主要な成果:
- 主要な運動経路,活性酸素種,および触媒部位は,温度と酸素部分圧力に強く依存しています.
- T <400 Kでは,Au-CO移動とMars-van-Krevelen経路を含むダイナミックな単原子メカニズムが一般的です.
- 300 ≤ T ≤ 600 Kでは,単一のOad-Au(+) -COサイトとAuナノ粒子の周りのサイトの間にシネジスティックな触媒が発生します.
- 600K以上では,単原子と周りのサイトの両方を含む複数の経路が活性化します.
- 低酸素圧は,Oad-Au(+) -CO種を介して触媒の無効化につながり,周辺部位経路を好む.
結論:
- この研究は,包括的なモデルを提供することによって,以前のメカニズム的解釈の矛盾を解決します.
- 反応条件 (温度と圧力) を制御することで,触媒の性能とメカニズムは高度に調整できます.
- この発見は,CO酸化のためのAu/TiO2触媒の合理的な設計のための重要な洞察を提供します.
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