单原子催化剂中的金属特异反应:在MgO上原子分散的4d和5d过渡金属上的CO氧化
Bidyut B Sarma1, Philipp N Plessow2, Giovanni Agostini3
1Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Kaiser-Wilhelm-Platz 1, 45470 Mülheim an der Ruhr, Germany.
在MgO上合成各种过渡金属的单原子催化剂 (SAC) 揭示了它们的首选八面协调. 碳氧化反应受金属选择和氧化物表面化学影响,其中Pt显示最低的激活能量.
科学领域:
- 不同质的催化
- 材料科学
- 表面化学
背景情况:
- 单原子催化剂 (SAC) 对于合理的催化剂设计至关重要.
- 需要对SAC进行系统研究,以了解结构与活动的关系.
- 在氧化物支上分散的过渡金属是许多催化剂的关键组成部分.
研究的目的:
- 在MgO载体上合成和表征一系列单原子催化剂 (SAC).
- 研究金属标识对CO氧化的催化性能的影响.
- 在反应条件下阐明SAC的结构和电子特性.
主要方法:
- 在MgO上使用4d (Ru,Rh,Pd) 和5d (Ir,Pt) 过渡金属合成SAC.
- 使用X射线吸收光谱 (XAS) 和富里埃变换红外光谱 (FTIR) 的实验性表征.
- 使用密度函数理论 (DFT) 的理论计算.
主要成果:
- 过渡金属优先占据MgO的八面协调位置.
- 暴露于二氧化碳会导致金属中心的部分解封和表面碳酸盐物种的形成.
- DFT计算证实金属依赖突出,但相当于M4+碳酸静止状态.
- 氧化碳的明显激活能量在96 ± 19 kJ/mol之间,其中Pt具有最低的阻碍.
结论:
- 金属原子在氧化物支上的协调和限制显著地影响了它们的催化行为.
- 虽然金属选择影响了CO氧化反应,但氧化物表面化学调整对SAC性能同样重要.
- 了解这些因素可以合理设计高效的单原子催化剂.
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