Metal-oxide interfaces play a critical role in catalytic processes, such as methanol adsorption and decomposition reactions. In this work, we investigated methanol reactions on the inverse model CeO₂/Ag(111) catalyst surfaces, i.e., submonolayer CeO₂ films on Ag(111), under ultrahigh vacuum (UHV) conditions to specially address the role of CeO₂–Ag interface in the catalytic methanol decomposition reactions. Using scanning tunneling microscopy (STM), low-energy electron diffraction (LEED), and synchrotron radiation photoemission spectroscopy (SRPES), we found that, at the submonolayer ceria coverages, the CeO₂ nanoislands exhibit a hexagonal CeO₂(111) lattice with fully oxidized Ce⁴⁺ on Ag(111). At higher ceria coverages, multilayer ceria nanoislands form on the Ag(111) surface instead of a well-ordered film. A combination of temperature-programmed desorption (TPD) and SRPES reveals that methanol adsorbs dissociatively on the CeO₂/Ag(111) surfaces at 110 K, resulting in the formation of methoxy groups. These methoxy groups subsequently decompose via two pathways: (i) interaction with lattice oxygen to produce formate species at 230 K, which then decompose to CO, and (ii) direct dehydrogenation of methoxy to formaldehyde. Notably, the surface with submonolayer CeO₂ film on Ag(111) demonstrates low-temperature reactivity (440 K) for methoxy dehydrogenation to formaldehyde, which occurs at a much lower temperature, compared to the surface of multilayer CeO₂ on Ag(111) surface (530 K). This finding emphasizes that the CeO₂–Ag(111) interfaces provide unique active sites for methoxy dehydrogenation reactions.

中文翻译：

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金属氧化物界面在甲醇分解中的作用：甲醇与 CeO2/Ag（111） 逆模型催化剂的反应


金属氧化物界面在催化过程中起着关键作用，例如甲醇吸附和分解反应。在这项工作中，我们研究了在超高真空 （UHV） 条件下逆模型 CeO₂/Ag（111） 催化剂表面（即 Ag（111） 上的亚单层 CeO₂ 膜上的甲醇反应，以专门解决 CeO_2-Ag 界面在催化甲醇分解反应中的作用。使用扫描隧道显微镜 （STM）、低能电子衍射 （LEED） 和同步辐射光电子能谱 （SRPES），我们发现，在亚单层铈覆盖处，CeO₂ 纳米岛表现出六方 CeO₂（111） 晶格，在 Ag（111） 上具有完全氧化的 Ce⁴⁺。在较高的铈覆盖率下，多层铈纳米岛在 Ag（111） 表面形成，而不是有序的薄膜。程序升温解吸 （TPD） 和 SRPES 的组合表明，甲醇在 110 K 时解离吸附在 CeO₂/Ag（111） 表面上，导致形成甲氧基。这些甲氧基随后通过两种途径分解：（i） 与 晶格氧 相互作用在 230 K 时产生甲酸盐物种，然后分解成 CO，以及 （ii） 甲氧基直接脱氢生成甲醛。值得注意的是，与 Ag（111） 表面 （530 K） 上的多层 CeO 2 表面相比，Ag（111） 上具有亚单层 CeO₂ 膜的表面表现出甲氧基脱氢成甲醛的低温反应性 （440 K），这与 Ag（111） 表面的多层 CeO₂ 表面相比，发生在低得多的温度下。这一发现强调了 CeO_2-Ag（111） 界面为甲氧基脱氢反应提供了独特的活性位点。