Bestimmung der Evolution von heterogenen Einzelmetallatomen und Nanoclustern unter Reaktionsbedingungen: Welche sind die aktiven katalytischen Stellen?

Die Identifikation aktiver Stellen in heterogenen Metallkatalysatoren ist entscheidend für das Verständnis des Reaktionsmechanismus auf molekularer Ebene und für die Gestaltung effizienterer Katalysatoren. Aufgrund ihrer strukturellen Flexibilität können subnanometrische Metallkatalysatoren, einschließlich Einzelatomen und Clustern mit wenigen Atomen, eine dynamische strukturelle Evolution zeigen, wenn sie mit Substratmolekülen interagieren, was die Bestimmung der katalytisch aktiven Stellen erschwert. In dieser Arbeit wurden Pt-Katalysatoren vorbereitet, die ausgewählte Typen von Pt-Entitäten (von Einzelatomen bis zu Clustern und Nanopartikeln) enthalten, und ihre Evolution wurde verfolgt, während sie in einer Vielzahl von heterogenen katalytischen Reaktionen reagierten, einschließlich selektiver Hydrogenierungsreaktionen, CO-Oxidation, Dehydrierung von Propan und photokatalytischer H2-Evolutionsreaktion. Durch in situ Röntgenabsorptionsspektroskopie, in situ IR-Spektroskopie und hochauflösende Elektronenmikroskopietechniken zeigen wir, dass einige Charakterisierungstechniken, die inadäquat durchgeführt werden, Verwirrung bei der Interpretation der Koordinationsumgebung hochdisperser Pt-Species erzeugen können. Schließlich zeigt die Kombination aus katalytischer Reaktivität und in situ Charakterisierungstechniken, dass sich, abhängig von der Katalysator-Reaktant-Interaktion und der Metall-Träger-Interaktion, einzeln dispergierte Metallatome schnell zu Metallclustern oder Nanopartikeln entwickeln können, die die aktiven Arbeitsstellen für die oben genannten heterogenen Reaktionen sind.