傅强/慕仁涛ACS Catalysis：电镜加光谱，在微观尺度上研究羟基化氧化物结构对CO氧化的作用

H₂或H₂O分子在许多催化反应中常以反应物或产物的形式存在，引入H₂O或H₂可导致许多金属氧化物通过H₂O的解离吸附或氢溢出发生表面羟基化。表面羟基化已被证明与WGS、乙炔氢化和CO氧化反应中金属氧化物的高反应活性有关。

据报道，羟基(OH)在CO氧化和CO在H₂中优先氧化(PROX)中起到催化剂的作用。但是，尽管有大量证据表明OH能够促进CO的氧化，但在微观尺度上对羟基化氧化物结构对CO氧化的影响知之甚少。

近日，中国科学院大连化物所傅强和慕仁涛等通过高压扫描隧道显微镜和X射线光电子能谱测量证实，Pt (111)上的部分羟基化的CoO_x纳米岛比原始的CoO_x纳米岛对CO氧化更具活性。

具体而言，研究人员构建了两种氢氧化物结构，包括H₂O解离吸附羟基化形成的HO-Co-OH三层结构(H_W-CoO_x/Pt (111))和H溢出氢化形成的Co-OH双层结构(H_h-CoO_x/Pt (111))。在CoO_x-Pt (111)模型催化剂上，H₂O和H₂生成的OH都能促进CO的氧化，OH参与的CO氧化反应的活性氧物种取决于氢氧化钴的结构。在HO-CO-OH三层结构中，OH优先于相邻OH修饰的晶格O(O_L)与CO反应，表明OH是活性氧物种；相反，在CO-OH双层结构中，OH和O_L与CO的反应活性相似，高于O_L在CoO_x中的反应活性，表明O_L被OH激活。

原位HP-STM和密度泛函理论(DFT)计算表明，当CO的压力增加到10⁻² mbar时，位于氧化物纳米岛内部的活性氧物种也能与CO发生反应；并且氧物种在H_h-CoO_x/Pt (111)和H_w-CoO_x/Pt (111)边缘的活性比O_L在CoO_x/Pt (111)边缘更高。基于上述结果，通过引入H₂或H₂O形成OH，CoO_x/Pt反相催化剂的CO氧化活性可提高数量级以上。

综上，该项工作揭示了氢氧化物结构如何影响CO氧化及其与CO相互作用的微观机理，所提出的OH促进机理有望拓展到其他催化反应，如WGS和PROX反应。

Hydroxide structure-dependent OH promotion mechanism over a hydroxylated CoO_x/Pt(111) catalyst toward CO oxidation. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.4c01084

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傅强/慕仁涛ACS Catalysis：电镜加光谱，在微观尺度上研究羟基化氧化物结构对CO氧化的作用

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