Nyligen, Dr Zhou Yan och prof. Shen Wenjie vid Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid Chinese Academy of Sciences och deras medarbetare identifierade atomstrukturen hos det katalytiskt aktiva koppar-ceria-gränssnittet och föreslog en koppar-tvåskiktsmodell. Deras resultat publicerades i Naturkatalys .

På grund av deras naturliga överflöd, låg kostnad, och ännu viktigare, deras unika elektroniska egenskaper, kopparkatalysatorer har industriellt tillämpats och grundläggande studerats för flera kemiska reaktioner som är intimt relevanta för energi.

Koppar nanopartiklar, spridda på ceria, utgör ett mycket effektivt katalysatorsystem för lågtemperatur-vatten-gas-skiftreaktion, som genererar väte, och CO/CO ₂ hydrogenering som ger metanol. De två processerna är avgörande för att utnyttja koldioxidresurser.

Koppar-ceria-gränssnittet har antagits ansvara för den katalytiska prestandan. Dock, direkt identifiering och en kvantitativ beskrivning av de aktiva platserna, som direkt interagerar med de reaktiva molekylerna under katalys, förbli utmanande.

"Våra slutsatser är baserade på observation av små kopparkluster genom en kombination av skanningstransmissionselektronmikroskopi (STEM) och elektronenergiförlustspektroskopi (EELS), sondera gränssnittsmiljön genom in situ infraröd (IR) spektroskopi, och rationalisering genom beräkning av densitetsfunktionell teori (DFT), "sade professor Shen.

"Vid studier av atomstrukturen för det katalytiskt aktiva koppar-ceriumgränssnittet, vi fann att kopparklyngan bestod av ett bottenlager av huvudsakligen Cu+ -atomer bundna till syretillgångarna i cerium, och ett översta lager av Cu0 -atomer samordnat med de underliggande Cu+ -atomerna, "Professor Shen tillade.

Dessutom, forskarna fann att lågtemperatur-vatten-gas-skiftreaktionen inträffade vid koppar-ceria-gränsytans omkrets via en samarbetsmekanism på plats, genom vilken Cu+ -stället adsorberar CO kemiskt medan det angränsande syreflödesstället dissociativt aktiverar vatten.