原位环境电镜解析反应气体作用下的金属表面原子动态

(1)原子尺度实时观测Cu表面在CO氧化反应中的可逆活化。

(2)CO氧化过程中AuCu纳米颗粒表面的动态原子团簇。

在该研究中, 罗浪里教授与上海科技大学 杨波以及美国太平洋西北国家实验室 Chongmin Wang教授等合作,探究了负载型合金纳米颗粒催化剂AuCu/CeO 2 在CO氧化过程中合金纳米颗粒表面的原子尺度的变化。研究发现在反应条件下,AuCu纳米颗粒的(010)晶面被活化,在该晶面上出现了原子尺度的动态纳米团簇 (DAC) 的吸附层,说明该晶面是CO氧化的反应活性位点。进一步研究表明,CO诱导了DAC的形成,而O 2 的引入促进了动态纳米团簇由3D团簇向2D的吸附层的转变。DFT计算结果显示,在仅有CO存在的情况下,DAC可能主要由Au-CO组成。而在O 2 存在的条件下,合金纳米颗粒中的Cu原子更倾向于偏析到颗粒表面进而发生氧化反应。而考虑到在实际应用中,O 2 通常是远远过量的。因此,研究人员探究了在富氧条件下纳米颗粒的行为,发现在其特定位置发生了选择性氧化的现象。在该过程中,亚稳态的原子层首先在(010)面形成,然后逐渐扩展到相邻的( )面,进而从两晶面交界处发生从外层到内层的氧化。以上结果展现了合金纳米颗粒在反应气氛中原子结构、物相以及化学状态的动态变化及其对于反应气体成分的敏感性( J. Am. Chem. Soc ., 2020, 142 , 4022?4027)。

(3)原子尺度下Cu表面与水蒸气分子的动态相互作用。

上述研究得到了中国国家自然科学基金委、美国能源部相关基金的资助,均以天津大学为第一完成单位。

相关论 :

1. Langli Luo#,*, Yao Nian#, Shuangbao Wang#, Zejian Dong, Yang He, You Han*, Chongmin Wang*. Real time atomic-scale visualization of Cu surface reversible activation in CO oxidation reaction. Angew. Chem. Int. Ed ., 2020, 59 , 2505 – 2509.

2. Langli Luo#,*, Shuyue Chen#, Qian Xu#, Yang He, Zejian Dong, Lifeng Zhang, Junfa Zhu, Yingge Du, Bo Yang*, Chongmin Wang*. Dynamic Atom Clusters on AuCu Nanoparticle Surface during CO Oxidation. J. Am. Chem. Soc ., 2020, 142 , 4022?4027.

3. Yao Nian#, Zejian Dong#, Shuangbao Wang, Yan Wang, You Han*, Chongmin Wang*, Langli Luo*. Atomic-scale dynamic interaction of H2 O molecules with Cu surface. Phys. Rev. Lett ., 2020, 125 , 156101.

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