ACS Catal：甲烷还原IrO2(110)原位近常压XPS表征

纳米技术

2021-04-09

在500~650 K温度区间，将CH₄连续暴露在Ir(100)上的IrO₂(110)薄膜，将导致CH₄分子由于和IrO₂反应而减少。有鉴于此，佛罗里达大学Jason F. Weaver等报道了通过原位XPS表征，验证了在IrO₂(110)上CH₄与桥氧O_br反应，从而氧化生成HO_br，同时消除氧化物薄膜中的氧原子。

本文要点：

（1）

当温度在500 K逐渐提高至650 K，随着温度升高，发现甲烷对IrO₂(110)薄膜的缓慢还原速率提高。当IrO₂(110)界面随着还原反应，界面O原子逐渐消除，界面IrO₂(110)更多的转变暴露为Ir，说明IrO₂(110)是活化CH₄分子的活性晶相。

（2）

界面还原。当O_br原子替换为亚表层氧原子，能够维持界面IrO₂(110)晶相结构，具体能够实现~10层IrO₂(110)薄膜被CH₄还原耗尽其中的氧原子。

（3）

DFT计算。通过密度泛函理论计算，验证了亚层氧原子能够替换O_br原子，而且该亚层原子替换反应的速率快于甲烷氧化反应中消耗O_br的速率，说明体相中的氧原子能够作为补充界面氧原子作用，从而对IrO₂(110)界面上的催化氧化模型实现更加深入的理解。

参考文献

Rachel Martin, Minkyu Kim, Christopher J. Lee, Vikram Mehar, Stefano Albertin, Uta Hejral, Lindsay R. Merte, Aravind Asthagiri, and Jason F. Weaver*, Isothermal Reduction of IrO₂(110) Films by Methane Investigated Using In Situ X-ray Photoelectron Spectroscopy, ACS Catal. 2021, 11, 5004–5016

DOI: 10.1021/acscatal.1c00702

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c00702