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【DFT+實(shí)驗(yàn)】Nature子刊：金納米粒子與鈷卟啉的強(qiáng)協(xié)同作用誘導(dǎo)高效光催化析氫

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【DFT+實(shí)驗(yàn)】Nature子刊：金納米粒子與鈷卟啉的強(qiáng)協(xié)同作用誘導(dǎo)高效光催化析氫
由于等離子體效應(yīng)的存在，等離子體納米結(jié)構(gòu)附近的反應(yīng)物的反應(yīng)效率可以顯著提高。
基于此，南京工業(yè)大學(xué)呂剛教授（通訊作者）等人開發(fā)了一種高效、穩(wěn)定的光催化析氫反應(yīng)（HER）體系，該體系通過鈷卟啉分子（CoTPyP）催化劑與等離子體金納米粒子（AuNPs）復(fù)合，其周圍存在局域電磁場、局部加熱和增強(qiáng)的熱載流子激發(fā)的等離子體效應(yīng)。優(yōu)化后，HER的速率和轉(zhuǎn)換頻率分別達(dá)到3.21 mol g-1h-1和4650 h-1。
【DFT+實(shí)驗(yàn)】Nature子刊：金納米粒子與鈷卟啉的強(qiáng)協(xié)同作用誘導(dǎo)高效光催化析氫
本文通過DFT計算對AuNP@CoTPyP體系進(jìn)行了理論研究。首先通過分波態(tài)密度（PDOS）探索了AuNPs對CoTPyP分子電子結(jié)構(gòu)的影響，與CoTPyP分子相比，AuNP@CoTPyP的Co 3d軌道中心向費(fèi)米能級方向移動，說明AuNPs的存在有利于CoTPyP分子的激發(fā)。
此外，還計算了AuNP@CoTPyP和CoTPyP中H*的差分電荷密度，AuNP@CoTPyP的電子更容易從Co中心轉(zhuǎn)移到H*上，更有助于生成H2分子。
【DFT+實(shí)驗(yàn)】Nature子刊：金納米粒子與鈷卟啉的強(qiáng)協(xié)同作用誘導(dǎo)高效光催化析氫
本文進(jìn)一步計算了Gibbs自由能以研究AuNPs對CoTPyP催化HER反應(yīng)的貢獻(xiàn)。CoTPyP和AuNP@CoTPyP上吸附H*的Gibbs自由能分別為0.16 eV和-0.13 eV，因此，AuNP@CoTPyP上的HER速率高于CoTPyP分子。
此外，等離激元產(chǎn)生的熱載流子可以有效地轉(zhuǎn)移到CoTPyP分子的LUMO上，激發(fā)的CoTPyP分子具有更有利的HER反應(yīng)活性。因此，AuNP@CoTPyP體系可以作為一種高效的HER光催化劑。
Strong synergy between gold nanoparticles and cobalt porphyrin induces highly efficient photocatalytic hydrogen evolution. Nat. Commun., 2023.

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