铈基模型催化剂的纳米结构:有序CeO2(111)薄膜上的Pt-Co纳米颗粒

Yaroslava Lykhach Tomáš Skála Armin Neitzel Nataliya Tsud Klára Beranová Kevin C. Prince Vladimír Matolín Jörg Libuda

引用本文: Yaroslava Lykhach,  Tomáš Skála,  Armin Neitzel,  Nataliya Tsud,  Klára Beranová,  Kevin C. Prince,  Vladimír Matolín,  Jörg Libuda. 铈基模型催化剂的纳米结构:有序CeO2(111)薄膜上的Pt-Co纳米颗粒[J]. 催化学报, 2020, 41(6): 985-997. doi: S1872-2067(19)63462-5 shu
Citation:  Yaroslava Lykhach,  Tomáš Skála,  Armin Neitzel,  Nataliya Tsud,  Klára Beranová,  Kevin C. Prince,  Vladimír Matolín,  Jörg Libuda. Nanoscale architecture of ceria-based model catalysts: Pt-Co nanostructures on well-ordered CeO2(111) thin films[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(6): 985-997. doi: S1872-2067(19)63462-5 shu

铈基模型催化剂的纳米结构:有序CeO2(111)薄膜上的Pt-Co纳米颗粒

摘要: 制备并表征了原子分散的模型体系:氧化铈负载的Pt-Co核壳催化剂.采用超高真空物理气相沉积法制备了有序CeO2(111)膜上的Pt@Co和Co@Pt核壳纳米结构,并用同步辐射光电子能谱和共振光发射光谱对其进行了研究.在低Co覆盖率(0.5ML)下Co在CeO2(111)上沉积生成Co-CeO2(111)固溶体,然后在更高Co覆盖率下生长为金属Co纳米粒子.Pt@Co和Co@Pt两种模型结构在300-500K温度范围内都能稳定地抗烧结.在500K退火后,Pt@Co纳米结构含有接近纯的钴壳,而Co@Pt中的铂壳部分被金属钴覆盖.在550K以上,在Pt@Co和Co@Pt纳米结构中近表面区域的重新排序中产生了次表层的Pt Co合金和富铂外壳.对于Co@Pt纳米粒子,近表面区域的化学有序性取决于沉积铂壳的初始厚度.无论初始铂壳的厚度如何,在有氧存在下对Co@Pt纳米结构进行退火,都会导致Pt-Co合金的分解以及Co的氧化.Co的逐步氧化与吸附质诱导的Co偏析共同导致在负载的Co@Pt纳米结构表面形成厚的CoO层.这一过程伴随着CeO2(111)薄膜的裂解,以及在550 K以上氧气中退火后CeO2包裹氧化的Co@Pt纳米结构.很明显,于不同温度下在氧气和氢气的氧化-还原循环过程中,无论铂的初始厚度是多少,负载的Co@Pt纳米颗粒的结构和化学成分的变化主要是由氧化所致,而还原处理的影响则很小.

English

    1. [1] A. de Frank Bruijn, G. J. M. Janssen, in:T. E. Lipman, A. Z. Weber Eds., Fuel Cells and Hydrogen Production:A Volume in the Encyclopedia of Sustainability Science and Technology, Second Edition, Springer New York, New York, NY, 2019, pp. 195-234.

    2. [2] L. Chong, J. Wen, J. Kubal, F. G. Sen, J. Zou, J. Greeley, M. Chan, H. Barkholtz, W. Ding, D.-J. Liu, Science, 2018, 362, 1276-1281.

    3. [3] M. K. Debe, Nature, 2012, 486, 43-51.

    4. [4] Y. Lykhach, A. Bruix, S. Fabris, V. Potin, I. Matolinova, V. Matolin, J. Libuda, K. M. Neyman, Catal. Sci. Technol., 2017, 7, 4315-4345.

    5. [5] D. Wang, H. L. Xin, R. Hovden, H. Wang, Y. Yu, D. A. Muller, F. J. DiSalvo, H. D. Abruña, Nat. Mater., 2013, 12, 81-87.

    6. [6] Y. Xiong, L. Xiao, Y. Yang, F. J. DiSalvo, H. D. Abruña, Chem. Mater., 2018, 30, 1532-1539.

    7. [7] M. Oezaslan, F. Hasché, P. Strasser, J. Phys. Chem. Lett., 2013, 4, 3273-3291.

    8. [8] L. Wang, W. Gao, Z. Liu, Z. Zeng, Y. Liu, M. Giroux, M. Chi, G. Wang, J. Greeley, X. Pan, C. Wang, ACS Catal., 2018, 8, 35-42.

    9. [9] Q. Jia, W. Liang, M. K. Bates, P. Mani, W. Lee, S. Mukerjee, ACS Nano, 2015, 9, 387-400.

    10. [10] K. Sato, A. Ito, H. Tomonaga, H. Kanematsu, Y. Wada, H. Asakura, S. Hosokawa, T. Tanaka, T. Toriyama, T. Yamamoto, S. Matsumura, K. Nagaoka, ChemPlusChem, 2019, 84, 442-442.

    11. [11] W.-L. Yim, T. Klüner, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 7141-7152.

    12. [12] V. Stamenkovic, B. S. Mun, K. J. J. Mayrhofer, P. N. Ross, N. M. Markovic, J. Rossmeisl, J. Greeley, J. K. Nørskov, Angew. Chem., Int. Ed., 2006, 45, 2897-2901.

    13. [13] M. Kettner, W. B. Schneider, A. A. Auer, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 15432-15438.

    14. [14] E. Antolini, J. R. C. Salgado, M. J. Giz, E. R. Gonzalez, Int. J. Hydrogen Energy, 2005, 30, 1213-1220.

    15. [15] U. A. Paulus, A. Wokaun, G. G. Scherer, T. J. Schmidt, V. Stamenkovic, V. Radmilovic, N. M. Markovic, P. N. Ross, J. Phys. Chem. B, 2002, 106, 4181-4191.

    16. [16] Y. Zhao, J. Liu, Y. Zhao, F. Wang, Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 19298-19306.

    17. [17] S. Koh, J. Leisch, M. F. Toney, P. Strasser, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 3744-3752.

    18. [18] M. Heggen, M. Oezaslan, L. Houben, P. Strasser, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 19073-19083.

    19. [19] B. J. Hwang, S. M. S. Kumar, C.-H. Chen, Monalisa, M.-Y. Cheng, D.-G. Liu, J.-F. Lee, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 15267-15276.

    20. [20] I. Khalakhan, M. Vorokhta, M. Václavů, B. Šmíd, J. Lavková, I. Matolínová, R. Fiala, N. Tsud, T. Skála, V. Matolín, Electrochim. Acta, 2016, 211, 52-58.

    21. [21] L. Wang, Z. Zeng, C. Ma, Y. Liu, M. Giroux, M. Chi, J. Jin, J. Greeley, C. Wang, Nano Lett., 2017, 17, 3391-3395.

    22. [22] T. Xiang, L. Fang, J. Wan, L. Liu, J. J. Gao, H. T. Xu, H. J. Zhang, X. Gu, Y. Wang, J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 21396-21403.

    23. [23] V. Papaefthimiou, T. Dintzer, M. Lebedeva, D. Teschner, M. Hävecker, A. Knop-Gericke, R. Schlögl, V. Pierron-Bohnes, E. Savinova, S. Zafeiratos, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 14342-14349.

    24. [24] A. Stassi, I. Gatto, V. Baglio, E. Passalacqua, A. S. Aricò, Appl. Catal., B, 2013, 142-143, 15-24.

    25. [25] C. T. Campbell, Z. Mao, ACS Catal., 2017, 7, 8460-8466.

    26. [26] S. L. Hemmingson, C. T. Campbell, ACS Nano, 2017, 11, 1196-1203.

    27. [27] A. Trovarelli, P. Fornasiero, Catalysis by Ceria and Related Materials, 2nd ed., Imperial College Press, London, 2013, 1-908.

    28. [28] D. R. Mullins, Surf. Sci. Rep., 2015, 70, 42-85.

    29. [29] Y. Lykhach, S. M. Kozlov, T. Skála, A. Tovt, V. Stetsovych, N. Tsud, F. Dvořák, V. Johánek, A. Neitzel, J. Mysliveček, S. Fabris, V. Matolín, K. M. Neyman, J. Libuda, Nat. Mater., 2016, 15, 284-288.

    30. [30] G. N. Vayssilov, Y. Lykhach, A. Migani, T. Staudt, G. P. Petrova, N. Tsud, T. Skála, A. Bruix, F. Illas, K. C. Prince, V. Matolín, K. M. Neyman, J. Libuda, Nat. Mater., 2011, 10, 310-315.

    31. [31] F. Šutara, M. Cabala, L. Sedláček, T. Skála, M. Škoda, V. Matolín, K. C. Prince, V. Cháb, Thin Solid Films, 2008, 516, 6120-6124.

    32. [32] G. Vari, L. Ovari, J. Kiss, Z. Konya, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 5124-5132.

    33. [33] V. Matolín, I. Matolínová, L. Sedláček, K. C. Prince, T. Skála, Nanotechnology, 2009, 20, 215706/1-215706/7.

    34. [34] J. Libra, KolXPD:Spectroscopy Data Measurement and Processing Software, http://www.kolibrik.net/science/kolxpd/.

    35. [35] M. C. Biesinger, B. P. Payne, A. P. Grosvenor, L. W. M. Lau, A. R. Gerson, R. S. C. Smart, Appl. Surf. Sci., 2011, 257, 2717-2730.

    36. [36] E. Martono, J. M. Vohs, J. Catal., 2012, 291, 79-86.

    37. [37] G. Vári, L. Óvári, C. Papp, H.-P. Steinrück, J. Kiss, Z. Kónya, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 9324-9333.

    38. [38] T. Skála, F. Šutara, M. Cabala, M. Škoda, K. C. Prince, V. Matolín, Appl. Surf. Sci., 2008, 254, 6860-6865.

    39. [39] T. Skála, F. Šutara, K. C. Prince, V. Matolín, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom., 2009, 169, 20-25.

    40. [40] T. Skála, F. Šutara, M. Škoda, K. C. Prince, V. Matolín, J. Phys.:Condens. Matter, 2009, 21, 055005/1-055005/9.

    41. [41] Y. Lykhach, A. Figueroba, T. Skála, T. Duchoň, N. Tsud, M. Aulická, A. Neitzel, K. Veltruská, K. C. Prince, V. Matolín, K. M. Neyman, J. Libuda, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 9250-9261.

    42. [42] D. Vovchok, C. J. Guild, S. Dissanayake, J. Llorca, E. Stavitski, Z. Liu, R. M. Palomino, I. Waluyo, Y. Li, A. I. Frenkel, J. A. Rodriguez, S. L. Suib, S. D. Senanayake, J. Phys. Chem. C, 2018, 122, 8998-9008.

    43. [43] M. C. Saint-Lager, R. Baudoing-Savois, M. De Santis, P. Dolle, Y. Gauthier, Surf. Sci., 1998, 418, 485-492.

    44. [44] Calculated Co-Pt phase diagram, MTDATA - Thermodynamics and Phase Equilibrium Software from the National Physical Laboratory, http://resource.npl.co.uk/mtdata/phdiagrams/copt.htm.

    45. [45] A. Neitzel, G. Kovács, Y. Lykhach, N. Tsud, S. M. Kozlov, T. Skála, M. Vorokhta, V. Matolín, K. M. Neyman, J. Libuda, RSC Adv., 2016, 6, 85688-85697.

    46. [46] S. Penner, M. Armbrüster, ChemCatChem, 2015, 7, 374-392.

    47. [47] G. F. Cabeza, P. Légaré, A. Sadki, N. J. Castellani, Surf. Sci., 2000, 457, 121-133.

    48. [48] P. Légaré, B. Madani, G. F. Cabeza, N. J. Castellani, Int. J. Mol. Sci., 2001, 2, 246-250.

    49. [49] H. Bulou, A. Barbier, R. Belkhou, C. Guillot, B. Carrière, J. P. Deville, Surf. Sci., 1996, 352-354, 828-832.

    50. [50] Y. Lykhach, T. Staudt, M. P. A. Lorenz, R. Streber, A. Bayer, H. P. Steinrück, J. Libuda, ChemPhysChem, 2010, 11, 1496-1504.

    51. [51] A. Barbier, B. Carrière, J. P. Deville, Surf. Sci., 1995, 344, 33-41.

    52. [52] G. Kovács, S. M. Kozlov, I. Matolínová, M. Vorokhta, V. Matolín, K. M. Neyman, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 28298-28310.

    53. [53] M. Vorokhta, I. Khalakhan, M. Václavů, G. Kovács, S. M. Kozlov, P. Kúš, T. Skála, N. Tsud, J. Lavková, V. Potin, I. Matolínová, K. M. Neyman, V. Matolín, Appl. Surf. Sci., 2016, 365, 245-251.

    54. [54] D. J. Miller, H. Öberg, S. Kaya, H. Sanchez Casalongue, D. Friebel, T. Anniyev, H. Ogasawara, H. Bluhm, L. G. M. Pettersson, A. Nilsson, Phys. Rev. Lett., 2011, 107, 195502/1-195502/5.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  8
  • 文章访问数:  213
  • HTML全文浏览量:  16
文章相关
  • 收稿日期:  2019-07-03
  • 修回日期:  2019-08-12
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章