水在Au1/CeO2单原子催化剂上吸附与解离的理论研究

自Haruta和Hutchings发现负载的纳米金催化剂的催化活性后,负载型金催化剂一直是非均相催化的研究重点之一.近年来,单原子催化剂因其优异的活性、选择性,超高的原子利用效率,引起了科学家们的广泛关注.越来越多的单原子金催化剂被成功制备,并被证实具有很好的催化活性.水,作为环境中最常见的物质,在实际的催化体系中往往难以避免,即使在超高真空环境中也会有痕量的水气存在.水的解离不仅是水煤气反应的重要步骤之一,而且对别的反应也有一定的促进作用.尽管水和纳米团簇催化剂之间的研究已经颇有成效,但水和单原子金催化剂之间的作用还不是非常清晰.因此,我们采用密度泛函理论从原子尺度研究了水和Au1/CeO2...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in催化学报 Vol. 38; no. 9; pp. 1558 - 1565
Main Author 汤妍;王阳刚;梁锦霞;李隽
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室,北京,100084%清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室, 北京100084 2017
贵州省纳米材料模拟与计算重点实验室, 贵州贵阳550018
Subjects
单原子催化剂;金单原子;二氧化铈;水解离
单原子催化剂
Au single atom
Single-atom catalyst
H2O dissociation
Ceria
二氧化铈
金单原子
水解离
Online AccessGet full text
ISSN0253-9837
1872-2067
DOI10.1016/S1872-2067(17)62829-8

Cover

More Information
Summary:自Haruta和Hutchings发现负载的纳米金催化剂的催化活性后,负载型金催化剂一直是非均相催化的研究重点之一.近年来,单原子催化剂因其优异的活性、选择性,超高的原子利用效率,引起了科学家们的广泛关注.越来越多的单原子金催化剂被成功制备,并被证实具有很好的催化活性.水,作为环境中最常见的物质,在实际的催化体系中往往难以避免,即使在超高真空环境中也会有痕量的水气存在.水的解离不仅是水煤气反应的重要步骤之一,而且对别的反应也有一定的促进作用.尽管水和纳米团簇催化剂之间的研究已经颇有成效,但水和单原子金催化剂之间的作用还不是非常清晰.因此,我们采用密度泛函理论从原子尺度研究了水和Au1/CeO2单原子催化剂的相互作用.我们首先研究了水在完美CeO2表面和含有一个氧空位的CeO2?x表面上的解离过程,研究发现分子态的水和解离态的水在完美CeO2表面可以共存,而一旦在表面形成氧空位后,由于较低的能垒和极大的放热,解离态的水将占据绝对优势.接下来探索了水在完美Au1/CeO2表面和含有一个氧空位的Au1/CeO2?x表面上的解离过程,发现结论恰好和CeO2表面相反.水的解离过程在完美的Au1/CeO2表面几乎是一个无能垒的过程,并且解离会放出大量的热量.而一旦在表面形成氧空位后,单原子Au的轨道处于满占状态,无法提供水的吸附位点.水的解离过程在Ce位点进行,分子吸附能与解离吸附能相当,分子态与解离态共存.
Bibliography:We examined the water adsorption and dissociation on ceria surfaces as well as ceria‐supported Au single‐atom catalysts using density functional theory calculations.Molecular and dissociative water were observed to coexist on clean CeO2and reduced Au1/CeO2?x surfaces because of the small difference in adsorption energies,whereas the presence of dissociative water was highly favorable on reduced CeO2?x and clean Au1/CeO2surfaces.Positively charged Au single atoms on the ceria surface not only provided activation sites for water adsorption but also facilitated water dissociation by weakening the intramolecular O-H bonds.In contrast,negatively charged Au single atoms were not reactive for water adsorption because of the saturation of Au5d and6s electron shells.This work provides a fundamental understanding of the interaction between water and single‐atom Au catalysts.
21-1195/O6
Single‐atom catalyst;Au single atom;Ceria;H2O dissociation
ISSN:0253-9837
1872-2067
DOI:10.1016/S1872-2067(17)62829-8