Ultralong Distance Hydrogen Spillover Enabled by Valence Changes in a Metal Oxide Surface

氢溢流 溢出效应 化学 催化作用 价(化学) 化学物理 金属 纳米技术 无机化学 材料科学 有机化学 经济 微观经济学
作者
Takenobu Kamada,Taisei Ueda,Shuta Fukuura,Takashi Yumura,Saburo Hosokawa,Tsunehiro Tanaka,Daisuke Kan,Yuichi Shimakawa
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (3): 1631-1637 被引量:9
标识
DOI:10.1021/jacs.2c09729
摘要

Hydrogen spillover is a phenomenon in which hydrogen atoms generated on metal catalysts diffuse onto catalyst supports. This phenomenon offers reaction routes for functional materials. However, due to difficulties in visualizing hydrogen, the fundamental nature of the phenomenon, such as how far hydrogen diffuses, has not been well understood. Here, in this study, we fabricated catalytic model systems based on Pd-loaded SrFeOx (x ∼ 2.8) epitaxial films and investigated hydrogen spillover. We show that hydrogen spillover on the SrFeOx support extends over long distances (∼600 μm). Furthermore, the hydrogen-spillover-induced reduction of Fe4+ in the support yields large energies (as large as 200 kJ/mol), leading to the spontaneous hydrogen transfer and driving the surprisingly ultralong hydrogen diffusion. These results show that the valence changes in the supports' surfaces are the primary factor determining the hydrogen spillover distance. Our study leads to a deeper understanding of the long-debated issue of hydrogen spillover and provides insight into designing catalyst systems with enhanced properties.
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