단일 분산 전이 금속 치환 CeO2 나노입자의 구조, 결합 및 촉매 활성

우리는 위상 순수하고 단일 분산된 전이 금속 치환 세리아 나노입자(M0.1Ce0.9O2-x, M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu)를 위한 간단하고 일반화 가능한 합성 경로를 제시합니다. 일련의 이종 바이메탈릭 시프 베이스 복합체의 용액 기반 열분해를 통해 CO 산화 촉매 및 기타 응용을 위한 3 nm M0.1Ce0.9O2-x 결정체의 크기, 형태 및 조성을 엄격하게 제어할 수 있습니다. X선 흡수 분광법은 bulk 전이 금속 산화물 상의 형성 없이 세리아 매트릭스에 aliovalent (M(3+) 및 M(2+)) 전이 금속 이온의 분산을 확인합니다. 반면, 정상 상태 CO 산화 촉매 반응은 구리가 치환될 때 촉매 활성이 한 자리수 증가함을 보여줍니다. 이러한 화합물의 모델 슬랩의 밀도 기능 계산은 CeO2 격자 내에서 M(3+) 및 M(2+)의 안정화를 확인합니다. 이러한 결과는 일반적으로 다루기 힘든 Cu(3+)와 같은 aliovalent 전이 금속 도핑자의 높은 산화 상태를 안정화하는 호스트 CeO2 격자의 역할을 강조하며, 촉매 설계에 대한 합리적인 접근 방식을 보여줍니다. 현재 작업은 처음으로 전이 금속의 광범위에 걸쳐 비할 데 없는 합성 제어로 전이 금속 치환 CeO2를 준비하는 일반화 가능한 접근 방식을 보여주며, CuO-CeO2 촉매에서 CO 산화 메커니즘에 Cu(3+)가 관련되어 있음을 설명합니다.