Atomic-scale identification of the active sites of nanocatalysts

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作者
Yaowen Yang,Jihan Zhou,Zipeng Zhao,Geng Sun,Saman Moniri,Colin Ophus,Yongsoo Yang,Ziyang Wei,Yakun Yuan,Cheng Zhu,Qiang Sun,Qingying Jia,Hendrik Heinz,Jim Ciston,Peter A. Ercius,Philippe Sautet,Yu Huang,Jianwei Miao
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
被引量:1
标识
DOI:10.48550/arxiv.2202.09460
摘要

Alloy nanocatalysts have found broad applications ranging from fuel cells to catalytic converters and hydrogenation reactions. Despite extensive studies, identifying the active sites of nanocatalysts remains a major challenge due to the heterogeneity of the local atomic environment. Here, we advance atomic electron tomography to determine the 3D local atomic structure, surface morphology and chemical composition of PtNi and Mo-doped PtNi nanocatalysts. Using machine learning trained by density functional theory calculations, we identify the catalytic active sites for the oxygen reduction reaction from experimental 3D atomic coordinates, which are corroborated by electrochemical measurements. By quantifying the structure-activity relationship, we discover a local environment descriptor to explain and predict the catalytic active sites at the atomic level. The ability to determine the 3D atomic structure and chemical species coupled with machine learning is expected to expand our fundamental understanding of a wide range of nanocatalysts.

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