叶金花/李亚光/张利强Nature子刊：高熵策略立大功！合成铜基高熵二维材料高效稳定光热催化RWGS

铜基纳米材料是许多工业过程的基准催化剂，如甲醇蒸汽重整、甲醇合成、水气变换反应和新兴的光热催化剂。但是，铜基纳米催化剂的Taman温度(约400°C)总是低于工业过程和光热催化的操作温度(450°C)，这缩短了工业催化系统的使用寿命，并减少了太阳能到化学能量转换效率。迄今为止，强金属-载体相互作用(SMSI)是提高纳米催化剂烧结阻力的主要途径。

然而，SMSI涉及通过异质材料覆盖层部分或完全包封铜基纳米颗粒，这阻断了活性铜位点，阻碍了反应物的运输并丧失催化活性。因此，调节铜基纳米催化剂的结构以获得高温下的催化稳定性和活性具有重要意义。

近日，河北大学叶金花、李亚光和燕山大学张利强等提出了一个高熵的概念来增强铜基纳米催化剂的结构刚性，并且PVP模板化方法可以普遍和大规模地合成高熵二维(2D)材料(Cu₂Zn₁Al_0.5Ce₅Zr_0.5O_x)。对于逆水煤气变换反应(RWGS，CO₂ + H₂→ CO + H₂O)，在500°C和100% CO选择性条件下，2D Cu₂Zn₁Al_0.5Ce₅Zr_0.5O_x的CO产率稳定在417.2 mmol g^-1 h^-1；该材料在450°C下反应72小时，CO产率一直保持在约355 mmol g^-1 h^-1，表明该材料具有优异的稳定性。

原位表征结果表明，2D Cu₂Zn₁Al_0.5Ce₅Zr_0.5O_x在800°C的RWGS条件下具有稳健的形貌和晶体结构，并在H₂和空气腐蚀条件下具有较强的刚性，显示出该材料的多功能催化潜力。

密度泛函理论(DFT)计算表明，2D Cu₂Zn₁Al_0.5Ce₅Zr_0.5O_x上的Cu析出能垒和RWGS反应能垒分别为8.85 eV和0.74 eV，表明以CeO₂等金属氧化物为载体引入SMSI可以减弱铜的烧结以及提升反应活性。此外，在2-sun照射下，负载在TiC基催化剂上的2D Cu₂Zn₁Al_0.5Ce₅Zr_0.5O_x显示出459°C的催化温度、248.5 mmol g^-1 h^-1的CO产率36.2%的太阳能-化学能转换效率。

综上，该项工作表明高熵策略为同时设计具有高活性和高稳定性的纳米催化剂的可行性，扩大了纳米催化剂的光热催化应用范围。

Cu-based High-entropy Two-dimensional Oxide as Stable and Active Photothermal Catalyst. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38889-5

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/04/cc786deb0d/

叶金花/李亚光/张利强Nature子刊：高熵策略立大功！合成铜基高熵二维材料高效稳定光热催化RWGS

相关推荐