化学：応力解放によって駆動されるステップ状Pt表面の部位特異的反応性

不均一触媒は、化学反応の促進に広く使用されている。通常は触媒表面で化学反応が起こることは知られているが、触媒活性が高いのは特定の表面部位だけである。そのため、活性部位を特定してその存在を極限まで増やすことが、触媒研究の中心にあり、テラスやステップなどの明確に異なる表面モチーフの観点から活性部位を分類するために、古典的なモデルがある。しかし、そうした単純な分類は、触媒活性の予測の誤差が数桁になったり活性部位の定性的な不確かさにつながったりすることが多く、触媒設計の機会が限定されている。今回我々は、ステップのあるPt(111)表面と電気化学的酸素還元反応（ORR）を例として用いて、大きな誤差と不確かさの根本原因が、表面応力の解放によって駆動される原子部位特異的な反応性を見落とす単純化された分類にあることを実証する。具体的には、ステップにおける表面応力の解放によって、最大で5.5％の圧縮という不均一なひずみ場が生じ、これが、局所配位が同一のテラス原子における全く異なる電子構造と反応性につながり、その結果ORR活性が原子部位特異的に増強される。ステップの縁の両側に位置するテラス原子では、この増強がテラス中央の原子より最大50倍高く、これによってテラスの幅の変更か外部応力の制御のいずれかによるORR反応性の制御が可能になる。従って、上記の相乗効果の発見から、触媒活性原子部位の基礎的理解と不均一触媒の設計原理の両方に新たな視点が得られる。

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