CoOxナノ構造における水誘起水酸化の原子機構を解明(Researchers Uncover Atomic Mechanism of Water-Induced Hydroxylation in CoOx Nanostructures)

2026-04-13 中国科学院(CAS)

本研究は、水が酸化物触媒の構造変化を引き起こす原子レベル機構を解明したものである。中国科学院大連化学物理研究所の研究チームは、CoOxナノ構造における水蒸気下での動的変化を解析し、水が酸化的および還元的な水酸化反応を誘導することを明らかにした。CoOでは水が解離吸着してCo(OH)2へ変換しCoが酸化される一方、CoO2-xではまずCoO領域が水酸化され、界面形成後に格子酸素が除去されて還元と水酸化が進行、最終的に全体がCo(OH)2へ転換することが判明した。水が構造や反応経路を制御する二重の役割を持つことを示し、酸化物触媒設計に新たな指針を与える成果である。

CoOxナノ構造における水誘起水酸化の原子機構を解明(Researchers Uncover Atomic Mechanism of Water-Induced Hydroxylation in CoOx Nanostructures)
Schematic of reductive and oxidative hydroxylation of CoOx nanostructures in H2O atmosphere. (Image by SUN Xiaoyuan)

<関連情報>

水蒸気中における CoO xナノ構造 の還元および酸化水酸化の動的観察 Dynamic observation of reductive and oxidative hydroxylation of CoOx nanostructures in water vapor

Xiaoyuan Sun ,Dongqing Wang ,Rankun Zhang ,Xiaoyu Liang ,Le Lin ,Rongtan Li ,Rentao Mu ,Qiang Fu
National Science Review  Published:09 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/nsr/nwag085

ABSTRACT

Water plays important roles in many energy chemistry and catalysis processes and yet atomic-scale understanding of water–solid interactions in water-involved interfacial processes still remains underexplored. Here, combining high-pressure scanning tunneling microscopy and theoretical calculation we have visualized and elucidated both oxidation of CoO bilayers and reduction of CoO2 trilayers in water atmospheres. CoO bilayers are readily hydroxylated to Co(OH)2 with slight Co oxidation at 10−8 mbar H2O. At the CoO2−x surface, containing both CoO and CoO2 domains, hydroxylation of CoO produces a metastable Co(OH)2-CoO2−x interface, where H2O assists oxygen desorption from interfacial CoO2 and further hydroxylation of newly formed CoO. The dynamic Co(OH)2-CoO2−x reaction front drives unusual reductive hydroxylation of CoO2−x into Co(OH)2 under mbar-level H2O. Both CoO2 reduction through H2O-assisted oxygen desorption and CoO oxidation via H2O dissociative adsorption reveal a dynamic redox mechanism for water–oxide interactions.

0505化学装置及び設備
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