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    超越對稱催化劑!對稱破缺Cu單原子催化CO2電還原制甲酸鹽
    來源: 時(shí)間:2023-12-05 17:22:06 瀏覽:2241次

    第一作者:董俊才副研究員、Liu Yangyang、Pei Jiajing

    通訊作者:董俊才副研究員、趙慎龍研究員

    通訊單位:中國科學(xué)院高能物理研究所、國家納米科學(xué)技術(shù)中心

    DOI:10.1038/s41467-023-42539-1.



    研究背景



    甲酸因具有高體積容量和中等重量容量儲(chǔ)氫能力,長期以來一直被視理想的氫載體材料,因此通過電化學(xué)還原CO2生產(chǎn)甲酸正在引起廣泛關(guān)注。在過去的幾年里,各種金屬(如Cu、Sn、Bi)及其合金被發(fā)展為電催化CO2到甲酸的電催化劑,但這些催化劑實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用所需的法拉第效率(FE)和電流密度仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此,迫切需要開發(fā)具有高度選擇性和節(jié)能的催化劑,用于將CO2電還原為甲酸鹽。基于此,國家納米科學(xué)技術(shù)中心趙慎龍研究員和中國科學(xué)院高能物理研究所董俊才副研究員等人報(bào)道了通過微波加熱合成了平面對稱性破缺的CuN3(PSB-CuN3)單原子催化劑(SAC)用于電催化CO2還原,具有極好的甲酸鹽選擇性與選擇穩(wěn)定性,并通過X射線光譜學(xué)和理論計(jì)算相結(jié)合進(jìn)一步確認(rèn)了其中機(jī)理,為設(shè)計(jì)具有特定局部對稱性的高效SAC開辟了途徑。



    文章要點(diǎn)



    1、制備的PSB-CuN3催化劑在-0.73 V下對甲酸鹽的選擇性為94.3%,超過了對稱的CuN4催化劑(-0.93 V vs. RHE下為72.4%)。在流通池中連續(xù)運(yùn)行100 h后,PSB-CuN3對甲酸的選擇性仍能夠保持在90%以上。

    2、將EXAFS、XANES和ATR-SEIRAS分析和密度泛函理論(DFT)計(jì)算相結(jié)合發(fā)現(xiàn),從平面D4h構(gòu)型中被打破的內(nèi)在局部對稱性誘發(fā)了非常規(guī)的dsp雜化,因此金屬中心的催化活性和微環(huán)境(即配位數(shù)和畸變度)之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性,從而導(dǎo)致了CuN3對甲酸鹽催化選擇性增加。



    圖文展示



    圖1. PSB-CuN3的合成與形貌表征

    圖2.基于XAFS光譜表征的PSB-CuN3原子與電子結(jié)構(gòu)

    圖3. PSB-CuN3對CO2催化活性的電化學(xué)測試

    圖4.第一性原理計(jì)算與operando XAFS 表征


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    全部 3小時(shí)前 四川
    文字是人類用符號記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具。現(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會(huì)。
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