Recentemente, Il dott. Zhou Yan e il prof. Shen Wenjie del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze e i loro collaboratori hanno identificato la struttura atomica dell'interfaccia rame-ceria cataliticamente attiva e hanno proposto un modello a doppio strato di rame. I loro risultati sono stati pubblicati in Catalisi della natura .

A causa della loro naturale abbondanza, basso costo, e, cosa più importante, le loro caratteristiche elettroniche uniche, catalizzatori di rame sono stati applicati industrialmente e fondamentalmente studiati per diverse reazioni chimiche che sono intimamente rilevanti per l'energia.

nanoparticelle di rame, disperso su ceria, costituiscono un sistema catalizzatore altamente efficiente per la reazione di spostamento acqua-gas a bassa temperatura, che genera idrogeno, e CO/CO ₂ idrogenazione che produce metanolo. I due processi sono cruciali per l'utilizzo delle risorse di carbonio.

L'interfaccia rame-ceria è stata ritenuta responsabile delle prestazioni catalitiche. Però, identificazione diretta e descrizione quantitativa dei siti attivi, che interagiscono direttamente con le molecole reattive durante la catalisi, rimanere impegnativo.

"Le nostre conclusioni si basano sull'osservazione di minuscoli ammassi di rame mediante una combinazione di microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM) e spettroscopia di perdita di energia elettronica (EELS), sondare l'ambiente di legame interfacciale mediante spettroscopia a infrarossi (IR) in situ, e razionalizzazione mediante calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT), " ha detto il Prof. Shen.

"Nello studio della struttura atomica dell'interfaccia rame-ceria cataliticamente attiva, abbiamo scoperto che il cluster di rame consisteva in uno strato inferiore di atomi principalmente di Cu+ legati alle vacanze di ossigeno della ceria, e uno strato superiore di atomi di Cu0 coordinati con gli atomi di Cu+ sottostanti, " ha aggiunto il prof. Shen.

Inoltre, gli scienziati hanno scoperto che la reazione di spostamento acqua-gas a bassa temperatura si è verificata nel perimetro dell'interfaccia rame-ceria tramite un meccanismo di cooperazione del sito, per cui il sito Cu+ adsorbe chimicamente CO mentre il vicino sito vuoto di ossigeno attiva dissociativamente l'acqua.