第一作者:Jianyang Wang
通訊作者:包信和院士、傅強研究員
通訊單位:中國科學院大連化學物理研究所
DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c13355.
密閉(confinement)被認為是調節催化、能量和生物化學性質的重要策略。其中,封閉催化在許多反應中得到應用,當原子、分子和團簇被限制在小空間中時,它們的基本物理和化學性質會發生變化,往往帶來新的化學性質和增強的性能。封閉效應可以直觀地用空間因子來解釋,即納米空腔對客體表現出幾何約束。納米腔壁與客體之間存在電子相互作用或界面鍵合,可調節其原子和電子結構,并產生亞穩態結構,具有增強的反應活性。封閉的納米空間通常會對其內腔的化學反應產生明顯的限制效應,而開放的納米空間是否會產生這種效應還面臨著問題?;诖?,大連化學物理研究所包信和院士和傅強研究員等人報道了二氧化鈦(TiO2)的開放表面為氧化銦(In2O3)創造了一個受限的環境,使得In2O3-TiO2催化劑在逆水氣轉換(RWGS)反應中的界面約束效應。
1、非原位和原位表征證實,反應誘導的In2O3催化劑從自由納米顆粒到覆蓋在TiO2宿主表面的納米層的分散。界面嵌套的亞穩態Inx納米層有利于表面氧空位的形成和CO2的吸附,而形成的In-O-Ti鍵抑制了嵌套In2O3向In0的過度還原,從而穩定了In2O3的配位不飽和位點(CUSs),提高了催化性能。
2、循環還原氧化處理可實現In2O3的分散和聚集,其中In0是In2O3動態演化的中間體,TiO2表面羥基(OH)是分散In2O3的錨定位點。該發現很好地證明了氧化物/氧化物催化體系中的界面約束效應,并促進了負載型金屬氧化物催化劑結構-性能關系的進一步研究。
圖1. In2O3-TiO2在CO2加氫反應過程中的結構演變和催化性能
圖2.負載在TiO2上的InOx納米層的結構表征
圖3. TiO2表面約束InOx納米層的化學性質
圖4. In2O3在TiO2上分散的機理和可逆振蕩
圖5.反應過程中2 wt%In2O3氧化物的表面結構和催化性能的變化
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