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吳凱&周雄&溫曉東聯(lián)合,重磅JACS!

吳凱&周雄&溫曉東聯(lián)合,重磅JACS!
在文中,北京大學吳凱教授和周雄教授、中國科學院山西煤炭化學研究所溫曉東研究員等人報道在單層CuO上成功合成了單個Ni2團簇(兩個Ni原子由晶格氧橋接)。
它們表現出對低溫CO2熱解離的顯著活性,與非解離吸附CO2的陽離子Ni原子和對CO2吸附具有化學惰性的金屬Ni原子相反。DFT計算表明,Ni2團簇可以顯著改變其未占據前沿軌道的空間對稱性,使其與已占據的CO2分子相匹配,并使其低溫解離。
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在200 K的溫度下,通過將Ni熱沉積到CuO單層上制備了兩種類型的單分散Ni原子。根據作者提出的結構模型,位于兩條-Cu-O-鏈之間的Ni原子是金屬原子(記為Nim),而另一個緊貼在-Cu-O-鏈中的Ni原子是陽離子原子(記為Nic)。
DFT計算結果表明,CO2不能吸附在Nim上,但會吸附在Nic原子上,吸附能為-0.14 eV。當溫度升高時,CO2分子簡單地解吸而不會解離。
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Nic簇和Ni2簇在CO2吸附構型上的差異可以用邊界軌道的變化來解釋。值得注意的是,CO2可以通過其兩個O原子中的任何一個進行吸附,從而CO2將電子提供給Ni的空軌道。作者展示了一個主要由O端孤對電子組成的CO2分子的HOMO,DFT計算了LUMO在Ni上對Nic和Nim原子以及Ni2簇的投影波函數。
其中,Nic的投影軌道沿垂直方向集中,而Nim上幾乎沒有軌道波函數。對于Ni2簇,Nim和Nic之間的橫向相互作用改變了Nic的投射軌道,形成了一個橫向組分,促進了CO2的橫向吸附。
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Clustering-Evolved Frontier Orbital for Low-Temperature CO2 Dissociation. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c06845.

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