利用原位APXPS与STM研究H2在ZnO(10(1)0)表面的活化

摘要

Cu/ZnO/Al2O3是工业中最广泛使用的甲醇合成催化剂.然而该催化反应的活性位点和机理目前仍存争议.H2作为反应物之一,研究其在ZnO表面的活化和解离对于弄清甲醇合成反应的催化机理具有重要的帮助.本工作利用近常压光电子能谱(APXPS)和扫描隧道显微镜(STM)原位研究了H2在ZnO(10(1)0)表面上的活化和解离.APXPS结果表明:在0.3mbar(1 mbar=100 Pa)的H2气氛中,室温下ZnO表面形成羟基(OH)吸附物种.STM实验发现通入H2后ZnO表面发生了(1 ×1)到(2×1)的重构.上述结果和原子H在ZnO(1010)表面的吸附结果一致.然而吸附H2O可以导致同样的现象.因此,我们还开展了H2O在ZnO(10(1)0)表面吸附的对比实验.结果表明:H2气氛中ZnO表面发生0.3 eV的能带弯曲,而H2O吸附实验中几乎观察不到能带弯曲发生.同时,热稳定性实验表明H2气氛中ZnO表面的OH不同于H2O解离吸附产生的OH,前者具有更高的脱附温度.因此,本工作的结果表明常温和常压下H2在ZnO(10(1)0)表面发生解离吸附.这一结果和以往超高真空下未发现H2在ZnO(10(1)0)表面上的解离不同,说明H2的活化是一个压力依赖过程.