In situ dynamic tracking of heterogeneous nanocatalytic processes by shell-isolated nanoparticle-enhanced Raman spectroscopy

拉曼光谱 原位 纳米颗粒 壳体(结构) 材料科学 纳米技术 化学工程 光谱学 化学 有机化学 量子力学 光学 物理 工程类 复合材料
作者
Hua Zhang,Chen Wang,Hanlei Sun,Gang Fu,Shu Chen,Yuejiao Zhang,Binghui Chen,Jason R. Anema,Zhilin Yang,Jian‐Feng Li,Zhong‐Qun Tian
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:8 (1): 15447-15447 被引量:244
标识
DOI:10.1038/ncomms15447
摘要

Surface molecular information acquired in situ from a catalytic process can greatly promote the rational design of highly efficient catalysts by revealing structure-activity relationships and reaction mechanisms. Raman spectroscopy can provide this rich structural information, but normal Raman is not sensitive enough to detect trace active species adsorbed on the surface of catalysts. Here we develop a general method for in situ monitoring of heterogeneous catalytic processes through shell-isolated nanoparticle-enhanced Raman spectroscopy (SHINERS) satellite nanocomposites (Au-core silica-shell nanocatalyst-satellite structures), which are stable and have extremely high surface Raman sensitivity. By combining operando SHINERS with density functional theory calculations, we identify the working mechanisms for CO oxidation over PtFe and Pd nanocatalysts, which are typical low- and high-temperature catalysts, respectively. Active species, such as surface oxides, superoxide/peroxide species and Pd-C/Pt-C bonds are directly observed during the reactions. We demonstrate that in situ SHINERS can provide a deep understanding of the fundamental concepts of catalysis.
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