Pt-CeO2界面氧活化和反应过程的原位拉曼光谱研究

李剑锋教授课题组采用原位表面增强拉曼光谱（SERS）技术，研究了Pt-CeO₂界面CO氧化时分子氧的活化和反应机制。相关结果以“In Situ Raman Observation of Oxygen Activation and Reaction at Platinum-Ceria Interfaces during CO Oxidation”为题发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 15635-15643)。

揭示分子氧在金属-氧化物界面的活化与反应机制，对于深入理解催化氧化反应的机理、指导高效催化剂的设计具有重要意义。然而，由于活性氧物种的信号位于低波数光谱区域，往往还存在着浓度低、寿命短等特点，因此，对其进行原位表征与监测仍极富挑战。

在该工作中，课题组将CeO₂沉积于Au@Pt核壳纳米颗粒表面，构筑了丰富的Pt-CeO₂界面。借助等离激元金内核对拉曼信号的放大作用，成功实现了Pt-CeO₂界面上CO氧化时分子氧的活化和反应过程的原位拉曼光谱研究，直接观察到界面上不同活性氧物种的生成与动态变化。结果显示，分子氧可在Pt-CeO₂界面处的Ce³⁺缺陷位点处迅速解离为Pt-O和Ce-O物种。进一步的原位时间分辨SERS研究和DFT理论计算表明，相较于Ce-O而言，Pt-O具有更高的CO氧化反应活性。这项工作加深了对Pt-CeO₂界面处氧活化和CO氧化分子机制的理解，并为多相催化反应条件下氧物种的原位表征提供了一种新思路。

该工作是在李剑锋教授和材料学院张华副教授的共同指导下完成的。实验部分主要由我院2018级博士研究生魏笛野完成，博士后岳慕飞完成了理论计算部分，覃思纳和许歌阳等协助了部分实验。该研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助和支持。