高空间分辨表征异相界面催化加氢研究进展

发布日期:2020-09-24     浏览次数:次   

近日,苏黎世联邦理工学院Renato Zenobi教授(我院兼职教授)与我院李剑锋教授合作,利用针尖增强拉曼技术高空间分辨表征异相界面催化加氢过程,相关研究成果以“Nanometre-scale spectroscopic visualization of catalytic sites during a hydrogenation reaction on a Pd/Au bimetallic catalyst”为题发表于《自然?催化》(Nature Catalysis DOI10.1038/s41929-020-00511-y)

 

确定表界面催化反应过程中活性位点和活性物种的空间分布对于理解催化剂表面构效关系十分重要。例如,催化加氢反应中常见的氢溢流现象,会显著影响活性位点的催化特性,进而直接改变反应的选择性和转化率。同时,催化加氢和氢溢流主要发生在催化剂的特定位置,其空间尺寸往往仅有(亚)纳米级,常规光学表征方法受光学衍射限制,其空间分辨率仅在亚微米尺度。因此,实现催化活性位点和氢溢流区域的纳米级空间分辨的光谱可视化,并获得表面分子的化学信息仍然是一个重要挑战。

该合作研究中,Zenobi教授发挥其在针尖增强拉曼光谱技术(TERS)中的研究基础,李剑锋教授团队发挥其在氢溢流表面增强拉曼光谱的研究基础,成功实现了结构明确的Pd/Au(111)双金属模型催化剂表面上巯基氯硝基苯选择性加氢反应过程的十纳米级高空间分辨拉曼光谱研究,确定了加氢反应的活性位点,并获得Pd/Au界面处氢溢流的直接光谱证据。拉曼光谱成像结果表明,活性位点不仅位于Pd位点上,而且距离Au/Pd界面约20 nm内的Au111)表面同样具有加氢活性。结合密度泛函理论,阐明了界面氢转移的热力学机制以及反应选择性本质原因。该工作表明TERS是一种可提供纳米级空间分辨表面形貌与化学信息的界面催化研究新方法,可以加深对双金属界面氢分子解离以及活性氢表面迁移的理解,揭示氢溢流现象对活性位点的调控作用。

该工作由我院李剑锋教授、苏黎世联邦理工学院Renato Zenobi教授、郑丽清博士、Jeremy Richardson教授共同指导下完成的。论文的第一作者是我院2015iChEM博士生殷昊(国家公派),苏黎世联邦理工学院郑丽清博士设计并参与完成主要实验工作,方为博士和Richardson教授完成理论模拟工作。赖盈宏博士、苏海胜博士、Nikolaus PorentaGuillaume Goubert博士、张华副教授和任斌教授参与了部分研究和课题讨论。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、欧洲研究理事会(ERC)基金等资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/%20s41929-020-00511-y

 

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