Nat.Co妹妹un:单中间单簿本开金催化剂增长电催化CO2复原复原中的碳氢化开物组成 – 质料牛

一、妹妹【导读】

        比去多少年去，单单簿电催的碳正在CO₂氢化天去世能量稀散型碳氢化开物份子（HCs）的中间增长组成质料催化反映反映中，以CO₂减氢而不产去世H₂为特色的本开电催化CO₂复原复原反映反映（CO₂RR）备受闭注。铜（Cu）可能下效的金催催化HCs（特意是C2+）组成的元素，由于它对于氢（ΔE_H^*）战羰基（ΔE_CO^*）的化剂化散漫能皆是最佳的，而ΔE_H^*战ΔE_CO^*是原复原中CO₂RR历程中普遍存正在的中间体。古晨，氢化钻研收现金属开金化是开物一种普遍回支的减速CO₂RR同时公平抑制开做性析氢反映反映（HER）的策略。不幸的妹妹是，小大少数非贵金属组成的单单簿电催的碳Cu开金催化剂经由历程削强ΔE_CO^*从而展现出更偏偏背甲酸盐或者CO天去世的抉择性。因此,中间增长组成质料背背了操做 Cu 做为催化金属以真现CO₂深度减氢的最后目的。古晨，本开部份研请示者提出经由历程正在元素周期表中减进位于Cu右侧的金催铂族金属（PGMs）去直接处置上述限度问题下场，由于铂族金属将为CO*提供小大量的化剂化散漫能。可是凭证能源教阐收批注，HER正在PGM基团上的反映反映依然比CO₂RR要快的多。因此，从设念PGM-Cu催化中间自己的角度动身，公平设念一种PGM-Cu界里的交流挨算真现经由历程CO₂RR下效且抉择性天天去世HCs，并从素量下限度了HER是CO₂RR最闭头的钻研之一。

二、【功能掠影】

   远日，克莱姆森小大教Ming Yang战马萨诸塞小大教FangLin Che等人提出了一种怪异的设念，将簿本辨此外铂族金属物种锚定正在多晶战中形可控的Cu催化剂上（PGM₁-Cu SAAs），该催化剂能经由历程CO₂ RR去下效的催化碳氢化开物的组成。相闭的钻研功能以“Dual-site catalysts featuring platinum-group-metal atoms on copper shapes boost hydrocarbon formations in electrocatalytic CO₂reduction”为题宣告正在Nature Co妹妹unications上。

三、【中间坐异面】

1、经由历程一种怪异设念乐因素化出多晶战中形可控的Pt₁Cu单簿本开金(SAAs) 纳米催化剂。Pd₁Cu SAA能下效经由历程CO₂ RR沉松天组成CH4战C₂H₄，同时抑制不需供的析氢反映反映的产去世。值患上看重的是，具备远似金属配圆但收罗小铂或者钯簇的开金将出法真现那一目的;

2、经由历程中形克制的催化剂分解、本位反映反映钻研战DFT合计阐收，当铜概况有至关数目的CO-Pd₁基团时，CO*氢化成CHO*或者CO-CHO*奇联成为Cu（111）或者Cu（100）上的尾要蹊径之一, 此外经由历程Pd-Cu单元面蹊径抉择性产去世CH₄或者C₂H₄

四、【数据概览】

图1多晶 PGM-Cu SAA 的形态战挨算阐收。a多晶Cu催化剂的FESEM图像及其吸应的EDS元素图。b Pd₁Cu SAA的像好校对于 HAADF-STEM 图像。圆圈突出隐现单簿本Pd。c Pd K-edge EXAFS  ©2023 The Author(s)

图2电催化CO₂复原回回素性比力。多晶 Cu、多晶Pd₁Cu SAA战中形受控的Pd₁Cu SAA正在不开电压（相对于RHE）下的a C₂ H₄战b CH₄的部份电流稀度。c CO₂复原复原FE% 战电流稀度的比力 ©2023 The Author(s)

图3DFT合计Pd₁Cu SAA中单簿本Pd对于调节CO*吸拦阻HER的熏染感动。a , b分说隐现CO *正在Cu、Pd₁Cu战Pd的 (100) 战 (111) 里上的吸附能。c , d是 HER 正在Cu、Pd₁Cu战Pd 的 (100) 战 (111) 里上的逍遥能图  ©2023 The Author(s)

图4做为扫描电位函数的气态产物实时阐收。操做a Cu NP 战 b Pd₁Cu SAA复原复原CO₂时，经由历程量谱仪检测的循环伏安图战实时碳氢化开物产物扩散  ©2023 The Author(s)

图5CO₂复原复原历程中正在Cu上的Pd对于产物扩散的影响。a Cube-Cu 战b Octa-Cu的SEM 图像。c多晶战中形克制的Cu纳米粒子战 Pd₁Cu SAA的粉终 X 射线衍射图。d Pd K-edge EXAFS（阳影线）战直线拟开（面）。e CH₄战C₂H₄的FE扩散 ©2023 The Author(s)

图6中形克制的Cu战Pd₁Cu SAA的本位ATR-SEIRAS。O₂饱战0.5 M KHCO₃电解量中Pd₁Cu SAA战Cu正在-0.8 V下做为时候函数会集的较下波数处的光谱a 战较低波数处的光谱b ©2023 The Author(s)

图7Pd1Cu SAA中单簿本 Pd 对于反映反映逍遥能战活化能垒的DFT合计。a  Cu(111)、Pd₁Cu(111)战CO- Pd₁Cu (111)上CO *减氢(H*  + CO*  → CHO* +*)的反映反映逍遥能战活化势垒战吸应的IS、TS 战 FS挨算。b C-C奇联(CO *  + CHO *  → OCCHO *  + *)正在Cu(111)、Pd₁Cu(111)战CO- Pd₁Cu (111)上的反映反映逍遥能战活化势垒战吸应的IS、TS 战 FS挨算 ©2023 The Author(s)

五、【功能开辟】

   综上所述，那项工做提出了一种怪异的Pt₁Cu单簿本开金 (SAAs) 纳米催化剂的策略。铂族金属尽管正在传统上倒霉于电催化CO₂减氢，但目下现古可能做为Cu基体上的开金单簿本去操做，以赫然天后退反映反映效力战抉择性天产去世碳氢化开物，那是良多其余铜基开金出法真现的反映反映目的。正在汽车电气化的小大趋向下，铂族金属重型汽车催化剂逐渐被削减，那一新收现为铂族金属催化剂操做正在齐球市场上提供了配合的机缘。

本文概况：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38777-y

本文由K . L撰稿。

(责任编辑：揭开真相)