非均相催化的一项基本科学挑战是了解表面结构与反应性之间的关系。催化相关的表面基序可能仅在反应条件下形成，但常规结构也可能形成，这使观察到的结构的解释复杂化。因此，将观察到的结构与反应动力学相关联的Operando方法对于区分活性结构和常规结构很有价值。

有鉴于此，亚利桑那州立大学Peter A. Crozier等人，应用了一种新开发的operando透射电子显微镜来研究Ru纳米颗粒催化剂上CO氧化的结构-反应性关系。

本文要点

1）通过质谱，电子能量损失谱和环境透射电子显微镜中的原子分辨率成像来描述原子分辨率operando方法。具体而言，这种方法适用于负载型钌催化剂上的一氧化碳氧化，该系统数十年来一直在讨论负责高活性的表面结构。

2）RuO₂层可以在反应条件下形成，并且始终可以存在于催化剂表面，但在温度低于250°C时主要是常规物种。通过原子分辨率分析证明了在反应条件下确实形成了厚度为几层单层的RuO₂层。然而，通过反应速率和结构的相关变化，发现这些氧化物层的活性低于裸露的Ru表面。因此，在反应条件下形成的RuO₂薄层是一种观众物种。

3）研究发现，在某些反应条件下形成的RuO₂层曾经被认为是钌催化剂高活性的来源，是有效的常规物种，它减少了催化剂活性更强的表面结构的表面积，从而降低了催化剂的活性。operando方法的强大之处在于，原子结构和动力学的变化是在动力学模型的约束条件下确定的。

总之，该方法具有通用性，可广泛应用于多相催化剂，为研究结构和反应活性提供了一个全新的原子层面的视角。

参考文献：

Benjamin K. Miller et al. Linking Changes in Reaction Kinetics and Atomic-Level Surface Structures on a Supported Ru Catalyst for CO Oxidation. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.0c03789

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c03789