Manganese (Mn) and chromium (Cr) catalysts supported on CeO₂ enable direct ammonia oxidation to nitrous oxide, N₂O, but the lack of synthesis-structure-performance relations hinders rational catalyst design. Herein, we generate a platform of CeO₂-supported Mn and Cr catalysts, systematically varying the metal nanostructure from single atoms to nanoparticles, and the carrier redox properties, as confirmed by advanced characterization methods. Surface reducibility of CeO₂ emerges as a general descriptor, controlling N₂O productivity. Conversely, structure sensitivity is metal specific, with Mn-based systems achieving high N₂O selectivity in single-atom and nanoparticle forms, while the selectivity of Cr-based systems is dependent on metal dispersion. In situ UV-visible (UV-vis), steady-state, and transient kinetic studies unveil the ability of redox-active MnO_x to synergize with CeO₂ and enhance oxygen transport for the reaction following a Mars-van Krevelen mechanism. This work provides fundamental insights into the role and function of each catalyst component and guidelines for the development of improved N₂O synthesis catalysts.

中文翻译：

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金属纳米结构在氧化铈负载催化剂中氨氧化为一氧化二氮的作用


CeO₂ 负载的锰 （Mn） 和铬 （Cr） 催化剂能够直接将氨氧化成一氧化二氮 N₂O，但缺乏合成-结构-性能关系阻碍了催化剂的合理设计。在此，我们生成了一个 CeO₂ 负载的 Mn 和 Cr 催化剂平台，系统地改变了金属纳米结构从单个原子到纳米颗粒，以及载流子氧化还原特性，这通过先进的表征方法得到了证实。CeO₂ 的表面还原性作为一个一般描述符出现，控制 N₂O 的生产力。相反，结构敏感性是金属特异性的，锰基体系在单原子和纳米颗粒形式中实现了高 N₂O 选择性，而 Cr 基体系的选择性取决于金属分散性。原位紫外可见光 （UV-vis）、稳态和瞬态动力学研究揭示了氧化还原活性 MnO_x 与 CeO₂ 协同作用的能力，并按照 Mars-van Krevelen 机制增强反应中的氧转运。这项工作为每种催化剂组分的作用和功能提供了基本见解，并为开发改进的 N₂O 合成催化剂提供了指南。