高空間分辨表征異相界面催化加氫研究進展

发布日期:2020-09-24     浏览次数:次   

近日,蘇黎世聯邦理工學院Renato Zenobi教授(我院兼職教授)與我院李劍鋒教授合作,利用針尖增強拉曼技術高空間分辨表征異相界面催化加氫過程,相關研究成果以“Nanometre-scale spectroscopic visualization of catalytic sites during a hydrogenation reaction on a Pd/Au bimetallic catalyst”爲題發表于《自然?催化》(Nature Catalysis DOI10.1038/s41929-020-00511-y)

 

確定表界面催化反應過程中活性位點和活性物種的空間分布對于理解催化劑表面構效關系十分重要。例如,催化加氫反應中常見的氫溢流現象,會顯著影響活性位點的催化特性,進而直接改變反應的選擇性和轉化率。同時,催化加氫和氫溢流主要發生在催化劑的特定位置,其空間尺寸往往僅有(亞)納米級,常規光學表征方法受光學衍射限制,其空間分辨率僅在亞微米尺度。因此,實現催化活性位點和氫溢流區域的納米級空間分辨的光譜可視化,並獲得表面分子的化學信息仍然是一個重要挑戰。

該合作研究中,Zenobi教授發揮其在針尖增強拉曼光譜技術(TERS)中的研究基礎,李劍鋒教授團隊發揮其在氫溢流表面增強拉曼光譜的研究基礎,成功實現了結構明確的Pd/Au(111)雙金屬模型催化劑表面上巯基氯硝基苯選擇性加氫反應過程的十納米級高空間分辨拉曼光譜研究,確定了加氫反應的活性位點,並獲得Pd/Au界面處氫溢流的直接光譜證據。拉曼光譜成像結果表明,活性位點不僅位于Pd位點上,而且距離Au/Pd界面約20 nm內的Au111)表面同樣具有加氫活性。結合密度泛函理論,闡明了界面氫轉移的熱力學機制以及反應選擇性本質原因。該工作表明TERS是一種可提供納米級空間分辨表面形貌與化學信息的界面催化研究新方法,可以加深對雙金屬界面氫分子解離以及活性氫表面遷移的理解,揭示氫溢流現象對活性位點的調控作用。

該工作由我院李劍鋒教授、蘇黎世聯邦理工學院Renato Zenobi教授、鄭麗清博士、Jeremy Richardson教授共同指導下完成的。論文的第一作者是我院2015iChEM博士生殷昊(國家公派),蘇黎世聯邦理工學院鄭麗清博士設計並參與完成主要實驗工作,方爲博士和Richardson教授完成理論模擬工作。賴盈宏博士、蘇海勝博士、Nikolaus PorentaGuillaume Goubert博士、張華副教授和任斌教授參與了部分研究和課題討論。該工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、歐洲研究理事會(ERC)基金等資助。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/%20s41929-020-00511-y

 

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