Unraveling Molecular Fingerprints of Catalytic Sulfur Poisoning at the Nanometer Scale with Near-Field Infrared Spectroscopy

催化作用 硫黄 化学 吸附 氧化物 纳米 纳米颗粒 金属 硫酸盐 纳米技术 红外光谱学 化学工程 无机化学 材料科学 有机化学 工程类
作者
Zafer Say,Melike Kaya,Çağıl Kaderoğlu,Yusuf Koçak,Kerem Emre Ercan,Abel Tetteh Sika-Nartey,Ahsan Jalal,Ahmet Arda Turk,Christoph Langhammer,Mirali Jahangirzadeh Varjovi,Engin Durgun,Emrah Özensoy
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (19): 8848-8860 被引量:22
标识
DOI:10.1021/jacs.2c03088
摘要

Fundamental understanding of catalytic deactivation phenomena such as sulfur poisoning occurring on metal/metal-oxide interfaces is essential for the development of high-performance heterogeneous catalysts with extended lifetimes. Unambiguous identification of catalytic poisoning species requires experimental methods simultaneously delivering accurate information regarding adsorption sites and adsorption geometries of adsorbates with nanometer-scale spatial resolution, as well as their detailed chemical structure and surface functional groups. However, to date, it has not been possible to study catalytic sulfur poisoning of metal/metal-oxide interfaces at the nanometer scale without sacrificing chemical definition. Here, we demonstrate that near-field nano-infrared spectroscopy can effectively identify the chemical nature, adsorption sites, and adsorption geometries of sulfur-based catalytic poisons on a Pd(nanodisk)/Al2O3 (thin-film) planar model catalyst surface at the nanometer scale. The current results reveal striking variations in the nature of sulfate species from one nanoparticle to another, vast alterations of sulfur poisoning on a single Pd nanoparticle as well as at the assortment of sulfate species at the active metal-metal-oxide support interfacial sites. These findings provide critical molecular-level insights crucial for the development of long-lifetime precious metal catalysts resistant toward deactivation by sulfur.
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