通訊單位：復旦大學

成果速覽：

本研究通過先進的機器學習全局結構探索和原位實驗，揭示了在工業催化條件下Ag(100)上生長的獨特表面氧化物相——O5相。該相具有方形金字塔形的次表面氧[Ag4OAg]，能夠選擇性地將乙烯轉化為環氧乙烷(EO)。

研究發現，其他銀表面晶面雖然也會重構為表面氧化物相，但只含有表面氧并產生CO2。在Ag催化劑上，這些具有不同選擇性的復雜原位表面相對整體中等(50%)的EO選擇性有所貢獻。

通過原位紅外光譜實驗進一步確認了理論預測的吸附乙烯的紅外活性C=C振動以及微觀動力學模擬結果。

圖文導讀：

圖1：展示了在不同條件下Ag(100)表面的結構演變。

圖2：展示了Ag表面氧化物的電子性質和振動光譜。

圖3：展示了乙烯環氧化反應在O5相上的吉布斯自由能曲線和整體機制。

圖4：展示了Ag/α-Al2O3的結構表征和催化性能。

亮點介紹：

1. 通過機器學習全局結構探索方法，首次發現了在工業催化條件下Ag(100)上生長的獨特O5相，該相具有方形金字塔形的次表面氧[Ag4OAg]，能夠選擇性地將乙烯轉化為環氧乙烷(EO)。

2. 研究結果表明，O5相在工業條件下(500K, 1 bar O2和乙烯)具有50%的EO選擇性，這一發現對于設計更高效的乙烯環氧化催化劑具有重要意義。

3. 通過原位紅外光譜實驗和微觀動力學模擬，驗證了理論預測的吸附乙烯的紅外活性C=C振動，為理解乙烯環氧化反應機制提供了新的視角。

4. 研究還發現，O5相的活性受到溫度和O2壓力的影響，這為調控乙烯環氧化反應提供了新的策略。

計算和表征：

原位傅里葉變換紅外光譜 ：

這項測試用于分析催化劑在反應條件下的表面物種和中間體。通過監測特定振動模式的變化，研究者能夠追蹤乙烯分子在催化劑表面的吸附狀態，以及在反應過程中形成的氧化乙烯（EO）和其他可能的產物。

FT-IR測試結果幫助確認了理論預測的吸附乙烯的紅外活性C=C振動，特別是在O5相上，這一振動模式的紅移至1543 cm^-1，為驗證O5相的存在提供了關鍵證據。

DFT計算

文獻信息：

標題：Square-pyramidal subsurface oxygen [Ag4OAg] drives selective ethene epoxidation on silver

期刊：Nature Catalysis