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李玉良院士團(tuán)隊(duì)Angew：理論預(yù)測(cè)篩選出InOx/GDY，助力CO2RR

時(shí)間：2024-04-21 來(lái)源： 瀏覽：

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直接還原CO 2 制備甲酸是未來(lái)化學(xué)工業(yè)的重要基礎(chǔ)，具有重要意義。由于高活性、高選擇性電催化劑的嚴(yán)重缺乏，導(dǎo)致CO 2 直接還原技術(shù)的發(fā)展受到限制。
基于此， 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所李玉良院士等人 以石墨炔（GDY）負(fù)載的金屬氧化物量子點(diǎn)（QDs）為理想模型，結(jié)合DFT計(jì)算和高通量篩選，確定了具有高CO 2 RR活性和選擇性的目標(biāo)催化劑。
理論上預(yù)測(cè)GDY負(fù)載的氧化銦量子點(diǎn)（InO x /GDY）是一種具有最佳CO 2 RR性能的新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)電催化劑。
VASP解讀
通過(guò)DFT計(jì)算，作者研究了MO x /GDY對(duì)CO 2 RR的活性。MO x /GDY催化劑對(duì)CO 2 RR→HCOOH反應(yīng)的活性由速率決定步驟的吉布斯自由能變化表示（ΔG max ），其中ΔG max 越低，表明CO 2 RR→HCOOH的途徑在能量上更有利。適度的HCOO*吸附能力是實(shí)現(xiàn)CO 2 RR→HCOOH高效過(guò)程的首選條件。當(dāng)E ads-HCOO* 值約為-3.19 eV時(shí)，MO x /GDY催化劑的催化活性最高，ΔG max 值最小。結(jié)果表明，E ads-HCOO* 是預(yù)測(cè)MO x /GDY產(chǎn)生HCOOH的CO 2 RR活性的良好描述符。
此外，作者比較了不同MO x /GDY催化劑上CO 2 RR→HCOOH（ΔG max (CO 2 RR→HCOOH)）和CO 2 RR→CO（ΔG max (CO 2 RR→CO)）的速率決定步驟中的吉布斯自由能。在上部區(qū)域，CO 2 RR→HCOOH通路更有利，而在下部區(qū)域，CO 2 RR→CO途徑更有利。
結(jié)果表明，大多數(shù)MO x /GDY催化劑表現(xiàn)出較高的CO 2 RR選擇性，優(yōu)選產(chǎn)生HCOOH而不是副產(chǎn)物CO。作者還發(fā)現(xiàn)MO x /GDY催化劑的選擇性也與E ads-HCOO* 密切相關(guān)。在-3.95 eV至-2.20 eV范圍內(nèi)，由于ΔG max (CO 2 RR→HCOOH)和ΔG max (CO 2 RR→CO)之間的差值幾乎為負(fù)，HCOOH的形成比CO的形成更有利。
Theoretical Prediction Leads to Synthesize GDY Supported InO x Quantum Dots for CO 2 Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2024 , DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202318080.
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