刘彬教/黄延强/李旭宁JACS：快速淬灭工况Mössbauer谱揭示CO2电还原中的动态催化

催化计 · 公众号 · · 2024-08-24 17:02

正文

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通过催化剂的设计和工程化优化催化性能有助于理解催化剂在反应环境中的动态行为。

有鉴于此， 香港中文大学 / 香港城市大学刘彬教授、中国科学院大连化物所黄延强研究员、李旭宁研究员等 报道通过快速的冷却淬灭进行 Mössbauer 谱表征，能够监控 CO ₂ RR 反应担载于 SnS ₂ 载体上的 Cu 单原子催化剂 Cu ₁ /SnS ₂ 的催化反应动态。

本文要点

要点1. 通过发展的 RFQ ¹¹⁹ Sn Mössbauer 谱表征测试发现 Cu ₁ /SnS ₂ 催化剂在 CO ₂ RR 电催化反应过程中动态转变为 Cu ₁ /SnS 和 Cu ₁ /Sn ，因此实现了优异的甲酸法拉第效率（ ~90.9 % ）和高达 158 mA cm ^-2 的电流密度。通过原位 Raman 光谱、原位 ATR-SEIRAS 光谱、原位 XPS 等表征技术，发现 CO ₂ RR 反应过程中， Cu ₁ /SnS ₂ 的单原子 Cu 促进快速的还原为 SnS ，并且原位产生 Cu ₁ /Sn ，因此促进生成 *CO ₂ ^- /*OCHO 中间体。

要点2. 理论计算结果验证说明 Cu ₁ /Sn 结构在 CO ₂ RR 反应中作为活性位点，并且降低 CO ₂ 活化能垒，降低生成 *OCHO 中间体的能垒，因此促进 CO ₂ 转化为甲酸盐。

这项研究有助于深入理解 Sn 催化剂的催化位点动态结构变化，为发展和增强单原子催化剂提供帮助。作者认为 RFQ Mössbauer 谱技术能够作为先进的光谱测试技术，从而能够在各种催化反应体系中研究催化剂的动态变化。

Ruru Chen, Jian Zhao, Xiong Zhang, Qiao Zhao, Yifan Li, Yi Cui, Miao Zhong, Junhu Wang, Xuning Li*, Yanqiang Huang*, and Bin Liu* ， Visualizing Catalytic Dynamics of Single-Cu-Atom-Modified SnS ₂ in CO ₂ Electroreduction via Rapid Freeze-Quench Mössbauer Spectroscopy, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c05813

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05813

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