ACS Catalysis：Au/TiO2界面上的氢吸附：活性位点上反应界面羟基的定量测定和光谱特征

Nanoyu

2021-12-08

负载型金属催化剂是一类重要的工业催化剂，通常由锚定在氧化物载体上的金属纳米颗粒（NPs）组成。它们的催化活性和选择性最终由催化活性中心的化学组成所控制，然而这些材料的不均匀性给识别和表征特定反应的活性中心带来了极大挑战。尤其是当金属NP和载体之间的界面在催化反应中是关键因素时，更是如此。这些反应包括CO2加氢、甲醇合成、生物质改质、CO氧化、水煤气变换反应、硝基芳烃加氢和电催化能量转换等。

近日，宾夕法尼亚州立大学Bert D. Chandler报道了通过红外光谱发现，H₂在Au/TiO₂催化剂的金属−载体界面（MSI）上的异质吸附。这会产生稳定的质子化MSI羟基，这些羟基在化学上不同于吸附水和自由表面羟基。

文章要点

1）IR光谱显示了在H₂吸附过程中，与未质子化界面羟基（_MSITiOH）的消失和质子化界面羟基（_MSITiOH₂⁺）的出现有关的变化。这使得研究人员能够识别与MSI羟基与Au纳米颗粒相互作用相关的光谱特征，并将该特征与主导表面的未经修饰的羟基分开。在H₂吸附之前，相对于催化剂上的其他表面羟基，MSI羟基是富电子的。因此，MSI羟基更具碱性，这可能有助于它们参与H₂活化。

2）研究人员利用与电子注入载体相关的宽背景吸光度（BBA）定量了H₂吸附过程中，_MSITiOH₂⁺物种的表面密度。量化一系列催化剂上的这些信号表明，每个Au的外围原子都与一个活性_MSITiOH基团相关联。这一意想不到的结果表明，Au改变了载体的局部结构和电子性质。因此，Au和TiO₂之间的协同作用产生了缺电子的Au颗粒，这是更强的Lewis酸，并增加了富电子的MSi羟基的数量，后者更强的Brnsted碱。

参考文献

Hydrogen Adsorption at the Au/TiO₂ Interface: Quantitative Determination and Spectroscopic Signature of the Reactive Interface Hydroxyl Groups at the Active Site Akbar Mahdavi-Shakibbt, ACS Catal.2021

DOI：10.1021/acscatal.1c04419

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04419