Single-crystal stucture made of catalytic metals and oxides play a key role in understanding how catalyst surfaces interact with reactants. However, a full understanding of the crystallographic reasons for these enhancements was lacking. This study fills that gap by providing evidence of the structure-property relationship using single-crystal $TiO_2$ as a model. We use a powerful method involving transient pulse heating to control porosity and phase in single-crystal $TiO_2$ nanosheets along the (001) plane. This controlled transition and pore creation happen without compromising the structure. Introducing high-entropy alloy nanoparticles shows excellent catalytic activity in CO oxidation, achieving $T_50$ and $T_90$ at $117^\circ C$ and $143^\circ C$. This better performance comes from the interaction between catalytic nanoparticles and the support, aiding CO and $O_2$ adsorption for oxidation. In summary, our study helps us understand catalyst systems better, and our method could be useful for making practical advanced nanocatalysts using single crystals.
촉매 금속 및 산화물로 만든 단결정 나노 크리스탈은 촉매 표면이 반응 물질과 상호 작용하는 방식을 이해하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 이러한 향상의 결정학적 원인을 완전히 이해하는 데는 부족함이 있었다. 본 연구는 단결정 $TiO_2$를 모델로 사용하여 구조-물성 관계의 증거를 제시함으로써 이 공백을 채우고자 한다. 특히, 순간적인 펄스 가열을 활용하여 (001) 평면을 따라 정렬된 단결정 $TiO_2$ 나노시트의 다공성과 상을 제어하는 강력한 방법을 사용한다. 이러한 제어된 상전이와 포어 생성은 구조를 희생시키지 않고 동시에 이루어진다. 고 엔트로피 합금 나노 입자를 도입하면 CO 산화에 대한 우수한 촉매 활동이 나타나, 각각 $117^\circ C$ 및 $143^\circ C$에서 $T_50$ 및 $T_90$를 달성했다. 이 향상된 성능은 촉매 나노 입자와 지지체 간의 상호작용에서 비롯되며, 산화 반응을 위한 CO 및 $O_2$ 흡착을 용이하게 한다. 요약하면, 본 연구는 촉매 시스템을 더 잘 이해하는 데 도움이 되며, 단결정을 기반으로 한 실용적인 선진 나노 촉매를 개발하는 데 우리의 방법이 유용할 수 있을 것이다.
