叶代启/郭彦炳/解庆林Angew：N掺杂碳中非相互作用Ni和Fe双原子对，增强太阳能驱动CO2PR活性

太阳能驱动的CO₂转化为增值化学燃料(CO、CH₄和CH₃OH)被认为缓解全球能源危机和环境问题的绿色和可持续策略。然而，该过程必须提供强烈的光照射(超过1 W cm⁻²，等于10个太阳)来驱动催化剂实现光热催化CO₂还原(>200 ℃)。因此，迫切需要开发一种光收集和浓缩的集成光热催化(CPTC)技术，以便在自然阳光照射下进行高效的CO₂光还原(CO₂PR)。

此外，CO₂PR涉及CO₂吸附/活化和水解离困难，以及复杂的反应中间体，导致反应动力学缓慢，光催化性能相对较差。因此，在设计CO₂PR催化剂时要遵循激活CO₂稳定的C=O键和增强H₂O的裂解，并改善光生载流体的分离和转移的原则。

基于此，华南理工大学叶代启、华中师范大学郭彦炳和桂林理工大学解庆林等在N掺杂碳上锚定Ni和Fe双单原子((Ni，Fe)-N-C)，用于在水存在下进行气-固CO₂PR。

实验结果表明，(Ni、Fe)-N-C DSAC中相邻Ni-N₄和Fe-N₄配位结构的协同效应显著提升了CO₂PR性能，CO、CH₄和CH₃OH的产率分别为86.16 μmol g⁻¹ h⁻¹、135.35 µmol g⁻¹ h⁻¹和59.81 µmol g⁻¹ h⁻¹，分别比Fe-N-C催化剂高1.70倍、1.27倍和1.23倍；在模拟太阳光照射(49.0 mW cm⁻²)下，还产生了一定量的H₂、O₂、醛和CH₃CH₂OH。

原位DRIFTS和密度泛函理论(DFT)计算结果表明，Ni原子的有效引入，通过Ni-N-N-Fe构型的杂化效应调节了Fe原子位点的电子结构，提高了Fe的费米能级以及优化了Fe的d带中心。

同时，(Ni，Fe)-N-C DSAC上光热CO₂还原为CO的反应机制可以同时遵循两种可能的COOH和HCO₃途径(途径I和途径II)。通过N-桥接的Ni-N-N-Fe构型，Ni和Fe原子之间的适当距离诱导额外的Ni原子作为一个新的活性位点促进双反应途径(*COOH和*HCO₃解离)选择性生成CO，随后*CO中间体加氢形成CH₃OH和CH₄，充分证明了双原子对位点的协同优势。

Non-interacted Ni and Fe dual-atom pair sites in N-doped carbon catalysts for efficient concentrating solar-driven photothermal CO₂ reduction. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202313868

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/11/13/03e3382e40/

叶代启/郭彦炳/解庆林Angew：N掺杂碳中非相互作用Ni和Fe双原子对，增强太阳能驱动CO2PR活性

相关推荐

发表回复