科学家发现了催化活性Cu-Ce界面的原子结构！

中国科学院大连化学物理研究所博士和沈教授及其合作者发现了具有催化活性的铜-铈界面的原子结构，并提出了铜双层模型。他们的发现发表在《自然催化》杂志上。铜催化剂由于其丰富的自然资源，低廉的成本，更重要的是其独特的电子特性，已经在工业上得到应用，与能源密切相关的几个化学反应也得到根本性的研究。分散在二氧化铈上的铜纳米粒子是低温水煤气变换反应(制氢)和CO/CO2加氢反应(制甲醇)的高效催化剂体系，对碳资源的利用非常重要。

博科公园-科普:铜-CeO2界面被认为是催化性能的原因。然而，直接识别和定量描述催化过程中与活性分子直接相互作用的活性位点仍然具有挑战性。沈教授说:我们的结论是基于扫描透射电镜(STEM)和电子能量损失谱(EELS)相结合观察微小铜团簇，原位红外光谱(IR)检测界面和环境，以及密度泛函理论(DFT)计算的合理性。当研究催化活性铜和二氧化铈之间界面的原子结构时，我们发现铜簇通过底部的一层铜+原子与二氧化铈的氧空位结合，顶部的Cu0原子与底部的铜+原子配位。

此外，科学家发现低温水气转移反应发生在铜铈界面周围。通过位合作用机制，铜+位化学吸附CO，而相邻的氧空位离解活化水。Cu/CeO2 _ 2催化剂在低温水煤气变换(合成气化学中调节原料流中H2/CO/CO2比例的核心反应)中具有高活性，但活性中心的直接识别和定量描述仍然具有挑战性。活性铜簇主要由底层和顶层组成，底层具有以铜+-Ov-Ce3+形式键合到CeO2的氧空位(Ov)上的铜+原子，顶层具有与底层配位的Cu0原子。

原子结构模型是基于扫描透射电镜和电子能量损失谱相结合直接观察分散在二氧化铈上的铜团簇，红外光谱原位检测界面铜-二氧化铈成键环境，密度泛函理论计算使原子结构模型合理化。这些结果，结合反应动力学，揭示了反应发生在Cu-Ce界面的外围，通过位点合作机制:Cu+位点化学吸附CO，而相邻的Ov-Ce3+位点离解并活化H2O。

博科公园-科普|研究/来自:中国科学院

参考期刊文献:自然催化

DOI:10.1038/s 41929-019-0226-6

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