Surface Oxygen Vacancies Confined by Ferroelectric Polarization for Tunable CO Oxidation Kinetics

材料科学 氧化剂 氧气 催化作用 吸附 动力学 铁电性 极化(电化学) 密度泛函理论 活化能 化学物理 氧化物 磁滞 纳米晶 光化学 化学工程 物理化学 纳米技术 化学 计算化学 生物化学 物理 光电子学 有机化学 量子力学 电介质 工程类 冶金
作者
Zhaohui Ren,Luoyuan Ruan,Lichang Yin,Karthik Akkiraju,Livia Giordano,Zhongran Liu,Shi Li,Zixing Ye,Songda Li,Hangsheng Yang,Yong Wang,He Tian,Gang Liu,Yang Shao‐Horn,Gaorong Han
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (30): e2202072-e2202072 被引量:38
标识
DOI:10.1002/adma.202202072
摘要

Abstract Surface oxygen vacancies have been widely discussed to be crucial for tailoring the activity of various chemical reactions from CO, NO, to water oxidation by using oxide‐supported catalysts. However, the real role and potential function of surface oxygen vacancies in the reaction remains unclear because of their very short lifetime. Here, it is reported that surface oxygen vacancies can be well confined electrostatically for a polarization screening near the perimeter interface between Pt {111} nanocrystals and the negative polar surface (001) of ferroelectric PbTiO 3. Strikingly, such a catalyst demonstrates a tunable catalytic CO oxidation kinetics from 200 °C to near room temperature by increasing the O 2 gas pressure, accompanied by the conversion curve from a hysteresis‐free loop to one with hysteresis. The combination of reaction kinetics, electronic energy loss spectroscopy (EELS) analysis, and density functional theory (DFT) calculations, indicates that the oxygen vacancies stabilized by the negative polar surface are the active sites for O 2 adsorption as a rate‐determining step, and then dissociated O moves to the surface of the Pt nanocrystals for oxidizing adsorbed CO. The results open a new pathway for tunable catalytic activity of CO oxidation.
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