东南Angew: 光热效应诱导双金属协同，调节CeO2不同晶面上CO2还原选择性

催化开天地 · 公众号 · · 2024-08-26 08:30

正文

【做计算找华算】 理论计算助攻顶刊，50000+成功案例，全职海归技术团队、正版商业软件版权！

太阳能驱动同时CO ₂ 还原和H ₂ O氧化直接合成燃料被认为是解决能源危机和环境问题的一种有前途的方法。为了提高这一过程的效率，在CO ₂ 还原和H ₂ O氧化半反应之间实现最佳的电荷平衡和质子迁移是必要的。

大量研究表明，具有双金属活性位点的晶体催化剂可以驱动高效的CO ₂ 还原和H ₂ O氧化。此外，对于晶体催化剂，不同晶面上的活性位点表现出不同程度的反应物活化和反应途径。反应沿着包含多个关键中间体的途径有效地进行，可能需要跨过多个活性位点同时催化。在这种情况下，调整活性位点之间的距离可能会提高吸附强度，并促进传质过程。特别是，双金属活性位点之间的空间距离效应决定了活性H的迁移过程，从而影响了产物的选择性。

基于此， 东南大学李乃旭 、黄凯和 段伦博 等通过在CeO ₂ 不同晶面上沉积单原子Pt和Au团簇，合成了0.1Pt/0.08Au-CeO ₂ (100)、0.1Pt/0.08Au-CeO ₂ (110)和0.1Pt/0.08Au-CeO ₂ (111)催化剂，研究了在CO ₂ 还原和H ₂ O氧化反应中，双金属活性位点之间的空间距离对产物选择性的影响。

实验结果和理论计算表明，CeO ₂ 晶体上的单原子Pt和Au团簇为活性氢物种(*H)的迁移创造了一个有利的微环境。其中，H ₂ O在单原子Pt位点上被激活产生*H，随后*H向具有强CO ₂ 吸附能力的Au团簇迁移。同时，单原子Pt取代Ce原子的深度不仅决定了双金属位点之间的距离，而且与体系的稳定性和Pt-O相互作用有很强的相关性，这有助于降低体系的总能量，并同时提高反应的选择性。

性能测试结果显示，在集中太阳照射下，(100)面具有100%的CO选择性，而(110)和(111)面的CH ₄ 选择性分别为33.5%和97.6%。此外，(111)面具有较高的CH ₄ 产率(369.4µmol g ^-1 h ^-1 )，太阳能-化学能转换效率为0.23%，是非集中太阳照射下的33.8倍。

此外，原位电化学实验和原位DRIFTS分析证实，在集中的太阳照射下，催化剂产生了更多的参与氧化还原反应的电子-空穴对；同时，高密度通量光子增加了催化剂的E _f 水平，增加了电子的平均势能。更重要的是，热能也降低了CO ₂ 还原反应的活化能势垒，并加速*H的迁移。因此，集中太阳辐照激发了材料的有利的光热协同效应。

​东南Angew: 光热效应诱导双金属协同，调节CeO2不同晶面上CO2还原选择性

正文

请到「今天看啥」查看全文

东南Angew: 光热效应诱导双金属协同，调节CeO2不同晶面上CO2还原选择性