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【DFT+實(shí)驗(yàn)】JACS：用于電催化合成多碳產(chǎn)物的嵌入氮化碳中四原子團(tuán)簇的設(shè)計(jì)

用于電催化CO₂和CO還原反應(yīng)（CORR）的高效穩(wěn)定催化劑的開(kāi)發(fā)正在積極研究中，但C₂產(chǎn)物的選擇性差、效率低的問(wèn)題仍然存在。

基于此，蘇州大學(xué)徐來(lái)教授，美國(guó)南加州大學(xué)的Oleg V. Prezhdo教授（共同通訊作者）等人設(shè)計(jì)了一種二維氮化碳材料（C₅N₂H₂），它包含一個(gè)八個(gè)N原子的結(jié)構(gòu)，能夠配位四個(gè)金屬原子簇，并同時(shí)負(fù)載C₂偶聯(lián)所需的兩個(gè)碳氧化物。

所設(shè)計(jì)的材料作為一種新型的窄禁帶半導(dǎo)體（E_g=0.16 eV），具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。

在高通量篩選了嵌入到骨架中的多個(gè)四金屬簇合物（28種同核催化劑和27種異核催化劑）的催化性能后，本文系統(tǒng)地研究了11個(gè)候選者的CORR過(guò)程。

結(jié)果表明，Cu₄-C₅N₂H₂對(duì)合成乙烯具有較高的選擇性和較低的極限電位（U_L），而Cu₂Zn₂-C₅N₂H₂對(duì)合成乙醇具有較高的選擇性和較高的效率。

通過(guò)套索回歸，本文證明了與柔性相關(guān)的描述符D_(Cu-Cu)×(D_(N-N)?2×R_N)，它與載體、負(fù)載金屬的性質(zhì)和U_L有關(guān)。與單原子催化相比，本研究中展示的四原子催化策略為調(diào)整催化性能提供了更多的選擇，因?yàn)樗试SCORR有更多的活性位點(diǎn)和路徑。該策略為探索多原子催化CO還原反應(yīng)提供了一種新的方案。

Design of a Four-Atom Cluster Embedded in Carbon Nitride for Electrocatalytic Generation of Multi-Carbon Products. J. Am. Chem. Soc., 2023.

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