Oberflächenrekonstruktionen von Metalloxiden und die Folgen für die katalytische Chemie

Katalysatoren sind von Natur aus dynamisch, da sie auf die Umgebung reagieren, indem sie ihre lokalen und erweiterten Strukturen verändern. Die Oberflächenrekonstruktion gehört zu diesen dynamischen Verhaltensweisen von Katalysatoren und beeinflusst erheblich die physikalischen, chemischen und elektronischen Eigenschaften von Katalysatoren und damit die katalytische Leistung. Daher ist das Verständnis der Natur der katalytischen Stellen der rekonstruierten Oberflächen entscheidend für die Etablierung der Struktur-Katalyse-Beziehungen und hat großes Interesse in der Katalyseforschung geweckt. Das Wissen über die Rekonstruktion von Metalloxiden war im Vergleich zu dem von Metalloberflächen recht begrenzt, da die Beschaffenheit von Oxidoberflächen im Allgemeinen komplexer ist. In den letzten Jahren wurden jedoch dank der Fortschritte in der Synthese von Modellsystemen aus Oxid-Nanokristallen und der Charakterisierung des Verhaltens der Oberflächenrekonstruktion unter in situ und operando Bedingungen mithilfe fortschrittlicher Spektroskopie und Mikroskopie unterstützt durch computergestützte Modellierung erhebliche Fortschritte bei Oxidoberflächen erzielt. In diesem Überblick werden solche Fortschritte im Verständnis der Oberflächenrekonstruktionsverhalten von Metalloxid-Nanostrukturen und Dünnfilmen mit gut definierten Oberflächenstrukturen unter wie-synthetisiert, verschiedenen Vorbehandlungs- und Reaktionsumgebungen zusammengefasst, und die katalytischen Konsequenzen dieser Rekonstruktionen werden hervorgehoben. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen eindeutig, dass die Kombination von Modelloxiden und in situ/operando-Untersuchungen entscheidend ist, um das grundlegende Verständnis der dynamischen Rekonstruktionen von Oxidoberflächen zu formen. Es ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung, die Oberflächenrekonstruktionen von Oxidkatalysatoren mit sinnvollen zeitlichen und räumlichen Auflösungen unter Betriebsbedingungen zu untersuchen. Zukünftige Möglichkeiten werden diskutiert, um die Herausforderungen anzugehen und letztendlich dabei zu helfen, effizientere Katalysatoren zu entwerfen, indem die Vorteile der Oberflächenrekonstruktionen genutzt werden.