Balancing Effect between Adsorption and Diffusion on Catalytic Performance Inside Hollow Nanostructured Catalyst

催化作用 吸附 扩散 材料科学 化学工程 曲率 球体 纳米技术 表面扩散 化学 物理化学 有机化学 热力学 几何学 工程类 物理 数学 天文
作者
Dawei Yao,Yue Wang,Katherine Hassan-Legault,Antai Li,Yujun Zhao,Jing Lv,Shouying Huang,Xinbin Ma
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:9 (4): 2969-2976 被引量:112
标识
DOI:10.1021/acscatal.9b00282
摘要

Hollow nanostructured materials are widely used in catalysis. Besides the large surface area, well-defined active sites, and delimited cavities, the favorable catalytic performance of hollow nanostructured catalysts can be ascribed to the enrichment of reactant molecules around active species implemented by the hollow chambers. Previous studies found the enrichment of reactant is induced by surface curvature, but understanding of the structural effect still needs quantitative discussion. Herein, we elucidate the curvature effect by building nanotube assembled hollow spheres with controllable morphology. By using experimental and computational methods, we demonstrate that with increased hollow-sphere size, the reactant concentration inside hollow sphere decreases while the diffusion flux increases, both affecting the reaction rate. This balancing effect between adsorption and diffusion induced by surface curvature suggests a unique strategy to design more efficient and selective hollow nanostructured catalysts.
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