ACS Catal.: 催化动量：表面反应如何形成RuO2平坦表面状态

雨辰

2021-01-22

基准析氧催化剂RuO₂的活性（110）表面在其Dirac节点线（DNL）的表面投影之间跨越一个平带表面状态（FBSS），其定义了该功能性半金属的电子特性。

有鉴于此，劳伦斯伯克利国家实验室Simon Moser等人，通过原位角分辨光发射光谱法监测H₂，O₂，NO和CO的表面吸附过程，我们选择性地修饰了各个Ru表面位点的氧化态并确定了FBSS的电子性质。

本文要点

1）利用四个表征良好的氧化还原反应来选择性地控制单个RuO₂（110）表面原子的氧化态，同时通过原位角度分辨光发射光谱法（ARPES）监测价电子带结构：氢（H₂）和一氧化碳（CO）充当表面Ru桥位（Ru_br）的还原剂并破坏FBSS的稳定性。

2）另一方面，氧气（O₂）和一氧化氮（NO）吸附在配位不足的1f-cus-Ru位点上，而Rubr位点和FBSS则不受影响。这表明FBSS沿着通过桥接RuO₆八面体形成的⟨001⟩定向链传播，FBSS积极参与表面催化过程。

3）通过桥接氧O_br p_z来稳定，FBSS沿着桥接在Ru_br 4d_z²轨道上的“001”定向链分散，在O_br去除后坍塌，但仍然令人惊讶地不受配位不足的1f-cus-Ru物种的氧化态的影响。这直接反映出RuO₂（110）氧化CO和H₂的能力，以及无法氧化NO的能力，这证明了FBSS在氧桥位点催化电荷转移过程中的积极作用。

总之，该协同方法为催化剂的离域电子能带结构与其表面反应物的局部轨道之间的相互作用提供了动量解析的见解，这是一种对多相催化的微观理解的途径。

参考文献：

Vedran Jovic et al. Momentum for Catalysis: How Surface Reactions Shape the RuO₂ Flat Surface State. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.0c04871

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c04871