触媒反応：界面によって制御されるバルク酸素スピルオーバーの撮像

スピルオーバーは、触媒反応の動的な1つの側面として、活性金属とその担体の間での化学種の拡散として知られており、特に水素と酸素が関与する反応において重要である。触媒表面に限定されたスピルオーバーは大規模に調べられてきたが、バルク触媒が非表面的スピルオーバーを通じて反応に関与しているかどうかは依然として不明である。今回我々は、in situ環境透過型電子顕微鏡法を用いて、Ru/TiO₂触媒における酸素スピルオーバーを追跡した。その結果、格子酸素は、従来予想されていた表面拡散ではなく、Ru/TiO₂界面を通じてTiO₂基板から担持されたRu粒子へと直接輸送されることが見いだされた。その結果、ピコメートル精度の原子変位追跡によって検出されたように、表面下のTiO₂格子が可逆的にひずみ、酸素輸送チャネルをもたらした。酸素スピルオーバーを制御するには、金属–担体界面における構造的適応性が不可欠であり、これはRu/ルチル-TiO₂ではオンに切り換わるがRu/アナターゼ-TiO₂ではオフに切り換わる。実時間の原子分解能による証拠が示すように、このバルク酸素スピルオーバーは、界面エピタキシーの性質を持つ担持金属触媒において一般的に成立し得るものであり、バルク触媒中の酸素を活性化して反応に寄与させるための、合理的に設計された金属–担体界面の重要性を実証している。

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