Direct environmental TEM observation of silicon diffusion-induced strong metal-silica interaction for boosting CO2 hydrogenation

覆盖层 催化作用 氧化剂 材料科学 化学工程 金属 氧化物 扩散阻挡层 透射电子显微镜 纳米颗粒 纳米技术 化学 图层(电子) 物理化学 冶金 有机化学 工程类 生物化学
作者
Lei Wang,Lei Zhang,Luyao Zhang,Yulong Yun,Kun Wang,Boyuan Yu,Xin Zhao,Feng Yang
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (2): 2209-2217 被引量:36
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4991-1
摘要

For the high-temperature catalytic reaction, revealing the interface of catalyst—support and its evolution under reactive conditions is of crucial importance for understanding the reaction mechanism. However, much less is known about the atomic-scale interface of the hard-to-reduce silica-metal compared to that of reducible oxide systems. Here we reported the general behaviors of SiO2 migration onto various metal (Pt, Co, Rh, Pd, Ru, and Ni) nanocrystals supported on silica. Typically, the Pt/SiO2 catalytic system, which boosted the CO2 hydrogenation to CO, exhibited the reduction of Si0 at the Pt-SiO2 interface under H2 and further Si diffusion into the near surface of Pt nanoparticles, which was unveiled by in-situ environmental transmission electron microscopy coupled with spectroscopies. This reconstructed interface with Si diffused into Pt increased the sinter resistance of catalyst and thus improved the catalytic stability. The morphology of metal nanoparticles with SiO2 overlayer were dynamically evolved under reducing, vacuum, and oxidizing atmospheres, with a thicker SiO2 layer under oxidizing condition. The theoretical calculations revealed the mechanism that the Si-Pt surface provided synergistic sites for the activation of CO2/H2 to produce CO with lower energy barriers, consequently boosting the high-temperature reverse water-gas shift reaction. These findings deepen the understanding toward the interface structure of inert oxide supported catalysts.
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