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?【DFT+實(shí)驗(yàn)】Nat. Commun.:PGM1Cu SAAs電催化CO2還原制甲烷或乙烯

?【DFT+實(shí)驗(yàn)】Nat. Commun.:PGM1Cu SAAs電催化CO2還原制甲烷或乙烯
在電化學(xué)催化CO2還原來(lái)合成碳?xì)浠衔镏?,銅(Cu)基催化劑被廣泛的研究與應(yīng)用。Cu與以鉑族金屬(PGMs)為代表的親氫(H)元素合金的催化劑設(shè)計(jì)自由度有限,因?yàn)楹笳呷菀昨?qū)動(dòng)析氫反應(yīng)(HER)而忽略CO2還原。
基于此,美國(guó)克萊姆森大學(xué)Ming Yang和馬薩諸塞大學(xué)洛厄爾分校Fanglin Che等人報(bào)道了一種將原子分散的PGMs物種錨定在多晶和形狀控制的Cu催化劑上,以促進(jìn)目標(biāo)CO2還原反應(yīng),同時(shí)抑制HER。在文中,作者以Pd1Cu(作為主要研究目標(biāo))和Pt1Cu單原子合金(SAAs)納米催化劑的設(shè)計(jì)、合成和表征,以通過(guò)CO2RR促進(jìn)甲烷(CH4)和乙烯(C2H4)的生成。
?【DFT+實(shí)驗(yàn)】Nat. Commun.:PGM1Cu SAAs電催化CO2還原制甲烷或乙烯
作者選擇了Pd1Cu(100)和Pd1Cu(111)表面進(jìn)行DFT計(jì)算,因?yàn)镻d1Cu(111)和Pd1Cu(100)的計(jì)算超晶胞與實(shí)驗(yàn)樣品的平均Pd-Cu距離相當(dāng)吻合。
對(duì)于CO*在Pd1Cu(100)表面,作者研究了不同的吸附位點(diǎn),包括Cu位點(diǎn)、Pd位點(diǎn)和Pd-Cu界面位點(diǎn)。結(jié)果表明,CO*在Pd-top位點(diǎn)的吸附能為-1.02 eV,比Cu(100)的-0.59 eV強(qiáng),但比Pd(100)的-1.59 eV弱。
?【DFT+實(shí)驗(yàn)】Nat. Commun.:PGM1Cu SAAs電催化CO2還原制甲烷或乙烯
吸附能值表明,對(duì)比裸露Cu(100),單原子Pd的存在可以顯著提高CO*的吸附能力。需注意,Pd1Cu(100)在Cu位點(diǎn)上最有利的CO*吸附能與Cu(100)幾乎相同,表明單原子Pd不會(huì)影響CO*對(duì)附近Cu原子的吸附性能。在Pd1Cu(111)的所有位點(diǎn)中,Pd-top位點(diǎn)上CO*的CO*吸附能最強(qiáng),為- 0.73 eV,大于Cu(111)的-0.54 eV,但弱于Pd(111)的-1.71 eV。
當(dāng)CO*吸附在Pd1Cu(111)的Cu位點(diǎn)上時(shí),其吸附能比純Cu(111)表面低約0.2 eV。因此,對(duì)于Pd1Cu SAA,Cu位點(diǎn)對(duì)CO*具有純Cu的吸附行為,而Pd1位點(diǎn)對(duì)CO*具有穩(wěn)定的吸附行為。
?【DFT+實(shí)驗(yàn)】Nat. Commun.:PGM1Cu SAAs電催化CO2還原制甲烷或乙烯
Dual-site catalysts featuring platinum-group-metal atoms on copper shapes boost hydrocarbon formations in electrocatalytic CO2 reduction. Nat. Commun., 2023

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