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(纯计算)明尼苏达大学Nat. Commun.: 载体极化催化: 阐明和打破线性关系

时间:2023-12-07 来源: 浏览:

(纯计算)明尼苏达大学Nat. Commun.: 载体极化催化: 阐明和打破线性关系

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2023年11月28日,Nat. Commun.在线发表了明尼苏达大学Turan Birol 课题组的研究论文,题目为《 Programmable catalysis by support polarization: elucidating and breaking scaling relations 》。


催化剂设计的历史过程集中在通过优化组成、晶体结构或使用载体来永久性地修饰活性位点的电子结构。这种方法在催化方面取得了重大进展,但面临静态催化位点的基本限制, 称为 Sabatier原理 。在催化领域中, Sabatier原理及其线性关系已被广泛用于寻找和筛选新的催化剂。然而,这些强大的工具也可能成为催化剂控制和突破的局限。

在此研究中,为了克服这一挑战,作者提出了一种从第一性原理研究载体极化控制催化剂的有效方法。研究对具 有PbTiO 3 绝缘 体载体的Pt (100) 薄膜催化剂/电极进行了计算评估,以了解载体极化与覆盖Pt催化剂性能之间的定量关系。结果表明, 催化剂的性质 取决于 载体的极化,而与载体自发极化的大小无关 。该方法能够阐明在不同的载体极化值下结合能之间的线性关系。此外,研究观察到 载体极化控制表面线性关系的 打破 。通过研究表面电子结构,并将诱导电荷分解为来自不同原子和轨道的贡献,确定了导致线性关系 打破 的界面固有结构性质。具体而言, 底层 氧化物载体的位移将其对称性施加在催化剂上,导致不同吸附位点之间的 线性关系打破


图1  固体中具有正斜率和极化的过渡态 线性 图解

图2  载体 极化的结构和能量变化

图3 载体 极化的电荷和能带结构响应

图4 具有载体极化的热力学和动力学催化剂控制

图5  载体 极化的轨道比电荷密度响应


论文链接
Jung, S., Pizzolitto, C., Biasi, P. et al. Programmable catalysis by support polarization: elucidating and breaking scaling relations. Nat. Commun ., 2023 , 14, 7795. https://doi.org/10.1038/s41467-023-43641-0

【其他相关文献】

[1] Mehta, P., Barboun, P., Herrera, F.A. et al. Overcoming ammonia synthesis scaling relations with plasma-enabled catalysis. Nat. Catal ., 2018 , 1, 269–275. https://doi.org/10.1038/s41929-018-0045-1
[2]  Khorshidi, A., Violet, J., Hashemi, J. et al. How strain can break the scaling relations of catalysis. Nat. Catal ., 2018 , 1, 263–268. https://doi.org/10.1038/s41929-018-0054-0
[3]  Pérez-Ramírez, J., López, N. Strategies to break linear scaling relationships.  Nat. Catal .,  2019 , 2, 971–976 . https://doi.org/10.1038/s41929-019-0376-6
(纯计算)中科院青岛生物能源与过程研究所Nat. Commun.: 双原子催化剂的协同作用偏离析氧反应的线性关系
(纯计算)科罗拉多大学波尔得分校ACS Catal.: 电势依赖模型修正NRR的线性关系

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