第一作者和单位：
Isabel Xiaoye Green (弗吉尼亚大学), Wenjie Tang (弗吉尼亚大学), Matthew Neurock (弗吉尼亚大学)
通讯作者和单位：
John T. Yates, Jr. (弗吉尼亚大学)
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.1207272
关键词：
CO氧化, Au/TiO₂催化剂, 双催化位点, 原位红外光谱, 密度泛函理论
本研究首次通过光谱学技术观察到了Au/TiO₂催化剂在CO氧化反应中的双催化位点。
实验结果表明，在Au/TiO₂界面处的双Ti-Au位点上形成了CO-O₂复合物，该复合物激活了O-O键的断裂，从而显著提高了CO氧化反应的活性。
密度泛函理论（DFT）计算进一步验证了这种反应机制，并确定了该反应的表观活化能为0.16 eV。
这一发现对理解Au基催化剂的高效催化机制具有重要意义。
CO氧化反应是表面科学中的经典研究课题，对理解催化反应的基本机制具有重要意义。
Au/TiO₂催化剂由于在低温下表现出优异的CO氧化活性而备受关注。
然而，关于Au/TiO₂界面处的活性位点及其具体反应机制仍存在争议。
本研究通过结合原位红外光谱和密度泛函理论计算，深入探讨了Au/TiO₂催化剂在CO氧化反应中的活性位点和反应路径。
本研究的主要目标是确定Au/TiO₂催化剂中参与CO氧化反应的活性位点，并揭示其反应机制。
通过实验和理论的结合，研究详细描述了在Au/TiO₂界面处发生的CO氧化过程，并提出了一个新的双位点反应模型。
Fig. 1 IR spectra of saturated CO layer: spectrum a, TiO2; b, Au/TiO2 under 0.060 torr of CO pressure at 120 K.
图1展示了在120 K、0.060 torr CO压强下，采用原位红外光谱对Au/TiO₂催化剂和纯TiO₂样品进行了CO吸附的表征。实验结果表明，CO在TiO₂上的吸附特征峰位于2179 cm⁻¹，而在Au/TiO₂样品中观察到一个宽峰，峰值为2102 cm⁻¹，归因于CO在Au上的吸附。此外，在Au/TiO₂催化剂上还检测到了2341 cm⁻¹处的CO₂吸附峰，表明在低温下CO在Au/TiO₂界面处氧化生成了CO₂。这个结果清晰地展示了在Au和TiO₂界面处，CO和O₂之间的反应不仅限于单一的金属表面，而是涉及界面双位点的协同作用，从而加速了反应过程。图中的红外光谱进一步证明了这种界面作用对催化活性的关键贡献。
Fig. 2 Plots of the integrated absorbance of CO/TiO2 against time at various temperatures fitted to first-order kinetics. (Inset) The Arrhenius plot.
图2展示了在120 K和1.0 torr O₂压强下，CO在TiO₂和Au位点上的消耗速率对比。结果显示，TiO₂位点上的CO消耗速率显著高于Au位点，表明反应主要发生在TiO₂位点上。图中通过一阶动力学模型对不同温度下的实验数据进行了拟合，得出了反应的表观活化能为0.16 eV，这与密度泛函理论计算的结果一致。插图中显示了Arrhenius图，进一步证实了CO在TiO₂表面的吸附和反应速率随着温度的升高而增加。这一发现对理解Au/TiO₂催化剂的活性机制具有重要意义，表明界面处的氧化反应主要受TiO₂位点的控制，而Au位点则提供了额外的反应路径和支持。
