嚴乙銘/楊志宇ACS Nano:Ce4+ 4f和O 2p發生非常規耦合,穩定Cu+物種并促進CO2轉化為C2H4 2023年10月2日 上午12:31 ? 頭條, 百家, 頂刊 ? 閱讀 57 電催化二氧化碳還原反應(CO2RR)是一種將CO2轉化為高附加值產品(如CO,HCCOH或CH4,CH3OH,多碳產品和碳氫化合物(C2+))的最有前景的方法。其中,C2H4在化學工業中占據重要地位,是合成其他燃料的重要原料。 在各種過渡金屬催化劑中,銅基催化劑具有較高的法拉第效率和較高的C2+電流密度。然而,在CO2RR條件下,由于活性Cu+物種被電還原為金屬Cu而迅速失活,這阻礙了CO2RR的進一步發展。 為了解決這個問題,已經開發了幾種策略,如等離子體激活、元素摻雜、界面修飾、合金化等以穩定Cu+物種。然而,在苛刻的CO2RR條件下有效穩定Cu+仍然是一個巨大的挑戰,因此,了解銅基催化劑中Cu價態與C2+產物選擇性之間的關系至關重要。 基于此,北京化工大學嚴乙銘和楊志宇等通過在Ce-Cu2O中構建Ce4+ 4f-O 2p-Cu+ 3d結構,研究了高階軌道Ce4+ 4f共價對穩定Cu+物種的作用以及Cu+活性位與C2+選擇性之間的潛在關系。 結果表明,Ce-Cu2O催化劑中的Ce-O-Cu結構有效地抑制了晶格氧的流失,并通過Ce4+ 4f-O 2p相互作用穩定了Cu+。 重要的是,Ce-Cu2O催化劑在?1.3 V時的C2H4/CO比值為1.93,明顯高于純Cu2O催化劑(C2H4/CO為1.14),表明Ce-Cu2O催化劑具有良好的電催化活性和穩定性。此外,在苛刻的CO2RR條件下,Ce-Cu2O催化劑能夠連續7小時穩定生產C2H4。 原位表征和理論計算表明,Ce-Cu2O催化劑中穩定的Cu+物種存在于CO2RR整個過程中,以及Ce4+ 4f-O 2p-Cu+ 3d結構中高階Ce4+ 4f軌道和O 2p軌道之間發生非常規耦合。此外,Ce4+ 4 f和O 2p之間的非常規耦合降低了Ce-Cu2O上反應中間體的吸附能,增強了CO2的活化,以及促進CO*中間體二聚反應生成C2H4。 綜上,該項工作證明了高階軌道4 f共價穩定Cu+的有效性,并建立了銅的價態和乙烯選擇性之間的關系,這些發現對于設計基于銅離子活性位點的高效CO2RR催化劑具有重要意義。 Boosting CO2 Electroreduction to C2H4 via Unconventional Hybridization: High-Order Ce4+ 4f and O 2p Interaction in Ce-Cu2O for Stabilizing Cu+. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c03952 原創文章,作者:Gloria,如若轉載,請注明來源華算科技,注明出處:http://m.zzhhcy.com/index.php/2023/10/02/3524f3eec9/ 催化 贊 (0) 0 生成海報 相關推薦 機器學習||頂刊匯總:Nat. Rev. Phys.、npj Comput. Mater.、Adv. Sci.、CEJ等 2023年10月14日 重磅!Nature子刊:從原子尺度解析鈣鈦礦固態電解質的低晶界電阻的起源 2024年1月18日 ?南航彭生杰教授AM:Zn-空氣電池中氧空位對鈣鈦礦氧化物ORR動力學的影響 2023年10月5日 李玉良院士團隊,重磅Angew.! 2023年9月22日 中科大兩大杰青團隊,合作重磅JACS! 2024年2月7日 陸俊&吳天品,鋰電最新Nature! 2022年11月4日