中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的周炎博士和沈文杰教授及其合作者發(fā)現(xiàn)了催化活性銅-鈰界面的原子結(jié)構(gòu)，并提出了一種銅雙層模型，他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然催化》上。銅催化劑由于其豐富的自然資源、低廉的成本，更重要的是其獨特的電子特性，已經(jīng)在工業(yè)上得到應(yīng)用，并從根本上研究了與能源密切相關(guān)的幾種化學(xué)反應(yīng)。分散在二氧化鈰上的銅納米顆粒是低溫水氣轉(zhuǎn)移反應(yīng)(產(chǎn)生氫氣)和CO/CO2加氫(產(chǎn)生甲醇)的高效催化劑體系，這兩個過程對碳資源的利用至關(guān)重要。

博科園-科學(xué)科普：銅-二氧化鈰界面被認為是催化性能的原因。然而，直接識別和定量描述在催化過程中直接與活性分子相互作用的活性位點仍然具有挑戰(zhàn)性。沈教授說：我們的結(jié)論是基于掃描透射電子顯微鏡(STEM)和電子能量損失光譜(EELS)結(jié)合觀察微小的銅簇，原位紅外光譜(IR)探測界面結(jié)合環(huán)境，密度泛函理論(DFT)計算的合理性。在研究催化活性銅-二氧化鈰界面的原子結(jié)構(gòu)時，我們發(fā)現(xiàn)銅簇由底部的一層銅+原子結(jié)合在二氧化鈰的氧空位上，而頂部的一層Cu0原子與底部的銅+原子相互協(xié)調(diào)。

此外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，低溫水氣轉(zhuǎn)移反應(yīng)發(fā)生在銅-鈰界面周緣，通過位點合作機制，銅+位點化學(xué)吸附CO，而相鄰的氧空位位點則游離激活水。Cu/CeO2催化劑在低溫水氣轉(zhuǎn)移(合成氣化學(xué)中調(diào)節(jié)原料流中H2/CO/CO2比例的核心反應(yīng))中具有很高的活性，但活性位點的直接識別和定量描述仍然具有挑戰(zhàn)性?；钚糟~簇主要由一層銅+原子以銅+ -Ov-Ce3 +的形式結(jié)合在二氧化鈰的氧空位(Ov)上底層，以及一層與底層銅+原子協(xié)調(diào)的Cu0原子的頂層組成。

該原子結(jié)構(gòu)模型是基于掃描透射電鏡和電子能量損失譜相結(jié)合直接觀察分散在二氧化鈰上的銅簇，紅外光譜原位探測界面銅-二氧化鈰結(jié)合環(huán)境，密度泛函理論計算進行理性化的原子結(jié)構(gòu)模型。這些結(jié)果，結(jié)合反應(yīng)動力學(xué)，揭示了反應(yīng)發(fā)生在銅-鈰界面周界通過位點合作機制：銅+位點化學(xué)吸附CO，而相鄰的Ov-Ce3 +位點則離解激活H2O。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自: 中國科學(xué)院

參考期刊文獻:《Nature Catalysis》

DOI: 10.1038/s41929-019-0226-6

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