中科大黄伟新课题组综述：氧化物表面氢物种反应性能

1. 建立了氧缺陷控制氧化物表面羟基反应性能的概念：在化学计量比氧化物表面，表面羟基（O_MOxH）优先反应生成水，产生表面氧缺陷（2O_MOxH→ H₂O + O_V + O_MOx）。氧化物表面氧缺陷的存在能够抑制该反应通道，从而打开表面羟基参与的其它反应通道，包括表面羟基反应生成氢气（2O_MOxH→ H₂ + 2O_MOx）、表面羟基与乙炔加氢反应生成乙烯、在金属-氧化物界面与金属表面吸附CO反应生成CO₂（CO_Pt + O_FeO1–xH + O_FeO1–x → CO₂ + O_V,FeO1–x + O_FeO1–xH）。

2. 建立了Pt-FeO表面质子扩散桥连的CO氧化反应基元反应网络，揭示了表面羟基稳定性对Pt-FeO催化CO氧化反应性能的影响：无表面羟基存在时，存在CO_Pt + O_Pt → CO₂高能垒和CO_Pt + O_FeO–Pt → CO₂低能垒表面基元反应；存在表面羟基时，还存在CO_Pt + O_Pt + OH_Pt→ CO₂ + OH_Pt低能垒表面基元反应、CO_Pt + O_Pt + OH_FeO–Pt → CO₂ + OH_FeO–Pt和CO_Pt + O_FeO1–xH+ O_FeO1–x → CO₂ + O_V,FeO1–x + O_FeO1–xH高能垒表面基元反应。质子在Pt–FeO界面和Pt表面之间的扩散桥连上述表面基元反应，尤其是质子从Pt–FeO界面扩散到Pt表面同时打开CO_Pt + O_Pt + OH_Pt→ CO₂ + OH_Pt和CO_Pt + O_FeO–Pt → CO₂等低能垒表面基元反应，能极大促进Pt–FeO表面催化CO氧化反应性能。

3. 揭示了H₂在氧化物氧缺陷位均裂生成H^-并氧化氧化物(H₂ + 2M^(2x–1)+_Vo → 2M^(2x)+_Vo–H⁻)的全新模式，理解了氧缺陷对氧化物表面和体相羟基、表面和体相H^-等氢物种生成及稳定性的影响。H₂在氧化物氧缺陷位均裂生成H⁻并氧化氧化物的全新活化模式是对现有H₂在氧化物表面吸附活化异裂生成质子O²⁻H⁺和M–H⁻的模式(H₂ + M^2x++ O²⁻→ O²⁻H⁺ + M^2x+–H⁻)和均裂生成质子并还原氧化物的模式(H₂ + M^2x+ + 2O²⁻ → 2O²⁻H⁺ + 2M^(2x-1)+)的重要补充，加深了对氧化物催化剂活化H₂以及氧化物催化剂体系氢物种的基础理解。确定了H^-是具有与光生空穴反应生成H₂的光反应活性。

4.超高真空条件下在氧化物表面控制制备了水合质子物种，提供了水合质子是光催化水还原生成H₂的活性物种的实验证据，认识到氧化物表面氢键网络是光催化水还原生成H₂反应场所，提出了金属-氧化物界面有效解离水生成表面羟基，促进表面氢键网络形成是光催化水还原反应金属助催化剂的作用之一。

论文第一作者为中国科学技术大学李兆瑞，通讯作者为黄伟新教授。详见：Li Z, Huang W. Reactivity of hydrogen species on oxide surfaces. Sci. China Chem., 2021, 64, https://doi.org/10.1007/s11426-020-9953-y.

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