Unveiling the Surface Structure of ZnO Nanorods and H2 Activation Mechanisms with 17O NMR Spectroscopy

异构化 化学 纳米棒 离解(化学) 均分解 氢化物 催化作用 氧气 光谱学 无机化学 离子 光化学 物理化学 激进的 纳米技术 有机化学 物理 量子力学 材料科学
作者
Benteng Song,Yuhong Li,Xin‐Ping Wu,Fang Wang,Ming Lin,Yunhua Sun,Aiping Jia,Xiang Ning,Jin Li,Xiaokang Ke,Zhiwu Yu,Gang Yang,Wenhua Hou,Weiping Ding,Xue‐Qing Gong,Luming Peng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (51): 23340-23351 被引量:25
标识
DOI:10.1021/jacs.2c08356
摘要

ZnO plays a very important role in many catalytic processes involving H2, yet the details on their interactions and H2 activation mechanism are still missing, owing to the lack of a characterization method that provides resolution at the atomic scale and follows the fate of oxide surface species. Here, we apply 17O solid-state NMR spectroscopy in combination with DFT calculations to unravel the surface structure of ZnO nanorods and explore the H2 activation process. We show that six different types of oxygen ions in the surface and subsurface of ZnO can be distinguished. H2 undergoes heterolytic dissociation on three-coordinated surface zinc and oxygen ions, while the formed hydride species migrate to nearby oxygen species, generating a second hydroxyl site. When oxygen vacancies are present, homolytic dissociation of H2 occurs and zinc hydride species form from the vacancies. Reaction mechanisms on oxide surfaces can be explored in a similar manner.

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