在Au/TiO2上的CO氧化:条件依赖的活性位点和机械路径
Yang-Gang Wang1, David C Cantu1, Mal-Soon Lee1
1Institute for Interfacial Catalysis, Pacific Northwest National Laboratory , Richland, Washington 99354, United States.
在TiO2支持的Au纳米催化剂上的CO氧化取决于温度和压力. 一个动态的单原子机制在低温时占主导地位,而更高的温度则激活了有效的二氧化碳生产的周边区域.
科学领域:
- 不同质的催化
- 表面科学
- 计算化学
背景情况:
- 在二氧化 (TiO2) 支持的金 (Au) 纳米催化剂上的CO氧化是环境催化中的关键反应.
- 了解反应机制对于设计高效的催化剂至关重要.
研究的目的:
- 使用先进的计算方法阐明TiO2支持的Au纳米催化剂上的CO氧化机制.
- 研究温度和氧气部分压力对催化活性和活性部位的影响.
主要方法:
- 一开始的电子结构计算
- 初始分子动力学模拟 (AIMD)
- 基于密度功能理论 (DFT) 的覆盖范围微动力学建模
主要成果:
- 主导的运动路径,活性氧物种和催化场所强烈依赖温度和氧气部分压力.
- 在T < 400K,一个动态的单原子机制涉及Au-CO迁移和Mars-van-Krevelen路径.
- 在300 ≤ T ≤ 600 K,单个Oad-Au(+) -CO位点和Au纳米粒子周边位点之间发生协同催化.
- 在600K以上,多个涉及单原子和周边站点的路径会变得活跃.
- 低氧气压力可以通过Oad-Au ((+) -CO物种导致催化剂失活,有利于周边部位通路.
结论:
- 这项研究通过提供一个全面的模型来解决先前的机制性解释中的不一致性.
- 通过控制反应条件 (温度和压力) 来调节催化剂的性能和机制.
- 这些发现为合理设计用于CO氧化的Au/TiO2催化剂提供了关键的见解.
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