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【VASP計算】?Nano-Micro Lett.：PBOB高效催化CO2光還原

光催化劑的活性位點不足和界面電荷轉(zhuǎn)移緩慢限制了CO₂光還原的效率，兩者同時調(diào)控還面臨著挑戰(zhàn)?；诖?，江蘇大學夏杰祥教授和浙江工業(yè)大學佘遠斌教授等人報道了利用應變誘導策略，在銅卟啉單原子層（PML-Cu）和Bi₁₂O₁₇Br₂（BOB）中構建Bi-O鍵合界面，引發(fā)PML-Cu/BOB（PBOB）表面界面雙極化。PBOB光還原CO₂轉(zhuǎn)化為CO，轉(zhuǎn)化率可達584.3 μmol g^-1，是BOB的7.83倍，PML-Cu的20.01倍。

VASP解讀

通過DFT計算吉布斯自由能，作者研究了反應機理。構建CO₂吸附、吸附態(tài)中間COOH和CO解吸模型，考察CO₂還原過程中發(fā)生的工藝反應的難易程度。除獲得高密度的活性位點外，通過表面界面雙極化策略，PBOBs顯著降低了大多數(shù)反應步驟所需的活化能壘。

引入的PML-Cu極大地促進CO₂的吸附，并使*COOH的生成活化能和關鍵步驟CO的解吸活化能分別降低了1.27 eV和3.69 eV。因此，由于每個反應步驟之間的活化能勢壘差異較小，PBOBs的CO₂還原可以更順利地進行。

在關鍵步驟中，CO₂和CO在材料表面的電子轉(zhuǎn)移分別通過電荷密度差來探測。對于CO₂吸附模型，從PBOB中的Cu位點轉(zhuǎn)移到CO₂的電子主要富集在C原子中。BOB中從Bi原子轉(zhuǎn)移到C原子的電子通過C=O鍵進一步向O原子分散，導致C=O鍵的鍵能更強，鍵斷裂所需的勢壘更高，不利于轉(zhuǎn)化為*COOH。

在CO解吸模型中，CO分子中的O原子對BOB表面的Bi位點具有更強的親和力，而CO通過Cu和C原子與PBOB相互作用。由于C的電負性弱于O，所以CO在PBOB表面解離所需能量較低。

Strain-Induced Surface Interface Dual Polarization Constructs PML-Cu/Bi₁₂O₁₇Br₂ High-Density Active Sites for CO₂ Photoreduction. Nano-Micro Lett., 2024

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