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宋術巖/施偉東Nature子刊：CuAu-DAs-TiO2高效催化CO2制C2H4

時間：2024-04-08 來源： 瀏覽：

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由于特定的電子重分布和空間接近性，雙原子催化劑（DACs）被確定為CO 2 高效光轉化為C 2 H 4 的主要關注。然而，以自下而上為主的DACs合成策略制約了高有序DACs的發(fā)展，阻礙了催化性能的優(yōu)化和實際反應機理的探索。
基于此， 中科院 長春應用化學研究所宋術巖研究員和江蘇大學施偉東研究員等人 報道了一種自上而下的離子切割結構來制備的DACs，構建了CuAu-DAs-TiO 2 （CuAu-DAs-TiO 2 ）。
在沒有任何犧牲劑的情況下，CuAu-DAs-TiO 2 以568.8 μmol g -1 h -1 的速率生成C 2 H 4 ，優(yōu)于已報道的將CO 2 和H 2 O光轉化為C 2 H 4 的工作，并且在120 h的光催化穩(wěn)定性測試中未觀察到明顯的催化劑失活。
DFT計算解讀
通過DFT計算，作者以Cu-NCs、Cu-SAs、CuAu合金和CuAu-DAs改性TiO 2 模型，研究了C-基中間轉換效率與不同納米結構之間的關系。
在這些模型中，在*CO生成過程中，*CO 2 、*COOH和*CO的生成幾乎沒有能量輸入，表明由于這些放熱自發(fā)過程，*CO的快速生成。
在三種可能的*CO轉化路徑中，由于相鄰吸收的*CO中間體之間的弱相互作用，Cu-NCs-TiO 2 、Cu-SAs-TiO 2 和CuAu-合金-TiO 2 上無法形成優(yōu)化的能量有利的*CO耦合模式。
對比*CO解吸到CO，由于Cu-NCs-TiO 2 、Cu-SAs-TiO 2 和CuAu-合金-TiO 2 產生*CHO的能壘和能量輸入較低，*CO優(yōu)先質子化。
受Au的引入影響，由于Cu和Au位點之間的協(xié)同作用，*CO轉化的能量輸入急劇減少，表明抑制*CO中毒效應可能歸因于CuAu位點上*CO的快速轉化。
此外，基于重構的表面反應物中間吸附構型和降低的*OCCO偶聯(lián)反應能壘，可實現(xiàn)同時高效的*CO生成和*CO轉化，有效克服了H 2 O光還原CO 2 為C 2 H 4 時的活性-穩(wěn)定性seesaw效應。
Well-defined diatomic catalysis for photosynthesis of C 2 H 4 from CO 2 . Nat. Commun., 2024 , DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46745-3.
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