許多催化反應(yīng)因其反應(yīng)過程不穩(wěn)定,催化活性位點(diǎn)會相應(yīng)地發(fā)生遷移,團(tuán)聚和重構(gòu)等變化。催化劑表面結(jié)構(gòu)、組成及催化活性與反應(yīng)條件密切相關(guān),因此,在催化反應(yīng)過程中原位識別活性位點(diǎn)十分關(guān)鍵。
原位液相透射電子顯微技術(shù)的發(fā)展,使人們可以對液相反應(yīng)過程中催化劑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程進(jìn)行原子尺度的直接觀察,并探索催化劑的轉(zhuǎn)變機(jī)理。
圖1. Cu2O在不同輻照時間下的HRTEM圖及結(jié)構(gòu)變化示意圖
近期,廈門大學(xué)廖洪鋼教授 和南京大學(xué)董林教授 通過利用自主研發(fā)的原位液相TEM光學(xué)樣品桿與原位液體芯片,實(shí)現(xiàn)了TEM原位觀察光輻照下 Cu2O 催化劑上活性位點(diǎn)的形成過程,捕獲光誘導(dǎo)制氫過程中Cu2O的結(jié)構(gòu)變化,進(jìn)一步證實(shí)了原位形成的納米銅是反應(yīng)的活性位點(diǎn)。該研究以Real time imaging of photocatalytic active site formation during H2 evolution by in-situ TEM為題發(fā)表在著名期刊Applied Catalysis B: Environmental上。
圖2. Ag納米顆粒依次在Cu2O 立方體的頂點(diǎn)、邊緣和表面上形成
文章中證實(shí)了Cu2O立方體在光照下表面有納米Cu生成,晶面還原的順序依次為 {111} > {110} > {100}。進(jìn)一步分析表明,Cu2O的還原與光催化產(chǎn)氫的速率相一致。該工作證實(shí)了光催化析氫活性位點(diǎn)的原位形成過程。
圖3. (a) Cu2O催化劑上的H2累積析出量,(b) H2析出速率,(c) 定量分析Cu2O還原的結(jié)果
Shuohan Yu, Youhong Jiang , Yue Sun, Fei Gao, Weixin Zou, Honggang Liao, Lin Dong. Real time imaging of photocatalytic active site formation during H2 evolution by in-situ TEM. Applied Catalysis B: Environmental 284 (2021) 119743.
原位液體多功能集成樣品臺(光-電-熱)
Chip-Nova原位液體多功能樣品臺可以內(nèi)置加熱模塊、光學(xué)模塊和三電極電化學(xué)模塊,可在透射電鏡中實(shí)現(xiàn)液體樣品的電化學(xué)反應(yīng)/加熱過程/光學(xué)反應(yīng)過程的實(shí)時動態(tài)高分辨成像。
TEM液體熱-電-光樣品臺
技術(shù)參數(shù):
? 與主流TEM兼容, 兼容STEM, SAED, EELS, EDS等功能;
? 液體流速可控,0~15 μL/s, 流速低至5 nL/s;
? 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用工作電極,參比電極,對電極三電極,通過連接恒電位儀,進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜,循環(huán)伏安法,計(jì)時電流法,循環(huán)極化,充/放電測試及分析;
? 溫度范圍:RT~液體氣化溫度, 溫度穩(wěn)定后, 溫度變化<0.01℃;
? 光源波長可選擇紫外-可見光-紅外(185-2200 nm)或8個定波段的單色光,或者單波長激光光源。
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