创新视角下的氧化铜催化剂：改进化学反应的前沿研究

来自 实验室仪器网

促进化学反应的催化剂的行为并不总是简单的。例如，添加氧气会增强某些催化氧化反应（将氧气引入化合物的反应），但会抑制其他反应。通过结合实验和计算机模拟，科学家现在了解了氧气如何影响催化剂氧化铜(CuO)与氢气(H2)和一氧化碳(CO)气体的反应方式。他们发现，当氧气过多时，CuO表面会形成过氧化物(OO)。这些过氧化物会改变CuO表面铜和氧原子的排列方式。这允许氢气在表面分解，但会阻止CO吸附。

催化剂（使化学反应更容易的材料）对许多工业过程都很重要。催化剂在消除污染物和生产可持续能源方面也发挥着至关重要的作用。催化剂表面氧的排列决定了其反应性。科学家现在对如何通过控制原子的可用性来控制表面氧的排列有了新的认识。这些发现将使科学家能够控制和增强化学反应。对催化剂的这种新认识可能会提高能源效率和能源产量。

催化剂上发生的氧化反应依赖于多个步骤。首先，反应气体从催化剂表面吸收氧原子。然后，产生的氧空位被过量的氧气或催化剂内部深处浮现的原子填充。在这项研究中，研究人员展示了这些反应步骤的可调性，这些反应步骤产生了表面过氧化物物种(OO)，当过量的吸附氧与催化剂表面结合时就会形成这种物种。过氧化物物种的存在使催化剂失去表面氧基团，并导致催化剂表面附近的铜和氧交换，使活性CuO层变薄。此外，过氧化物保护催化剂表面免受CO（和其他有机基团）的吸收，反而使催化剂容易发生H2氧化。

研究人员使用环境压力X射线光电子能谱(AP-XPS)和红外反射吸收光谱(IRRAS)等表面敏感方法观察了相互竞争的吸收和反应过程。他们还通过计算模拟了这些反应过程。这些结果与各种催化氧化反应相关，这些反应可以利用过量的吸附氧来激活晶格氧并调整催化位点的活性和选择性。

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