Une équipe de recherche conjointe internationale de l'Institut de recherche avancée de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences, avec l'Université du Zhejiang et l'Université technique du Danemark, ont rapporté une stratégie in-situ pour manipuler la structure interfaciale avec une précision atomique pendant les réactions catalytiques. Les résultats ont été publiés dans le dernier numéro de Science .

L'interface entre les nanoparticules et les substrats joue un rôle critique dans la catalyse hétérogène car la plupart des sites actifs sont situés au périmètre de l'interface. On pense généralement que cette interface est immobile et immuable, et peut donc difficilement être ajusté dans des environnements réactifs. Par conséquent, il a été difficile de promouvoir l'activité catalytique grâce à un contrôle précis de la structure interfaciale.

Dans cette étude, les scientifiques ont d'abord utilisé la microscopie électronique à transmission environnementale pour visualiser directement la rotation épitaxiale de nanoparticules d'or sur du dioxyde de titane (TiO 2 ) lors de l'oxydation du CO au niveau atomique. Une relation épitaxiale parfaite a été observée entre les nanoparticules d'Au et le TiO 2 (001) surfaces sous un O 2 environnement en temps réel.

Des calculs théoriques incluant des calculs de théorie fonctionnelle de la densité et des analyses thermodynamiques ont ensuite été effectués, indiquant que l'orientation épitaxiale pourrait être induite en changeant O 2 couverture d'adsorption à l'interface périmétrique. La nanoparticule Au était plus stable avec l'adsorption de plus d'O 2 molécules à l'Au-TiO 2 interface, mais est devenu moins stable avec la consommation d'O 2 avec CO.

Pour exploiter l'activité promue de Au-TiO 2 interface, les chercheurs ont effectué des observations supplémentaires en vue de dessus et ont constaté que cette configuration restait inchangée lors du refroidissement de 500 °C à 20 °C en CO et O 2 environnements réactifs, montrant que la rotation de la nanoparticule d'Au était également dépendante de la température dans les conditions de réaction.

Profitant de la rotation réversible et contrôlable de la nanoparticule Au, les scientifiques ont réalisé une manipulation in-situ de l'actif Au-TiO 2 l'interface au niveau atomique en changeant le gaz et la température.

Cette étude met en lumière la manipulation en temps réel de la structure de l'interface catalytique dans des conditions de réaction à l'échelle atomique, qui peuvent inspirer de futures approches de la conception en temps réel de l'interface catalytique dans des conditions de fonctionnement.