​Nature子刊：PGM1Cu SAAs电催化CO2还原制甲烷或乙烯

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​Nature子刊：PGM1Cu SAAs电催化CO2还原制甲烷或乙烯
在电化学催化CO2还原来合成碳氢化合物中，铜（Cu）基催化剂被广泛的研究与应用。Cu与以铂族金属（PGMs）为代表的亲氢（H）元素合金的催化剂设计自由度有限，因为后者容易驱动析氢反应（HER）而忽略CO2还原。
基于此，美国克莱姆森大学Ming Yang和马萨诸塞大学洛厄尔分校Fanglin Che等人报道了一种将原子分散的PGMs物种锚定在多晶和形状控制的Cu催化剂上，以促进目标CO2还原反应，同时抑制HER。在文中，作者以Pd1Cu（作为主要研究目标）和Pt1Cu单原子合金（SAAs）纳米催化剂的设计、合成和表征，以通过CO2RR促进甲烷（CH4）和乙烯（C2H4）的生成。
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作者选择了Pd1Cu(100)和Pd1Cu(111)表面进行DFT计算，因为Pd1Cu(111)和Pd1Cu(100)的计算超晶胞与实验样品的平均Pd-Cu距离相当吻合。
对于CO*在Pd1Cu(100)表面，作者研究了不同的吸附位点，包括Cu位点、Pd位点和Pd-Cu界面位点。结果表明，CO*在Pd-top位点的吸附能为-1.02 eV，比Cu(100)的-0.59 eV强，但比Pd(100)的-1.59 eV弱。
​Nature子刊：PGM1Cu SAAs电催化CO2还原制甲烷或乙烯
吸附能值表明，对比裸露Cu(100)，单原子Pd的存在可以显著提高CO*的吸附能力。需注意，Pd1Cu(100)在Cu位点上最有利的CO*吸附能与Cu(100)几乎相同，表明单原子Pd不会影响CO*对附近Cu原子的吸附性能。在Pd1Cu(111)的所有位点中，Pd-top位点上CO*的CO*吸附能最强，为- 0.73 eV，大于Cu(111)的-0.54 eV，但弱于Pd(111)的-1.71 eV。
当CO*吸附在Pd1Cu(111)的Cu位点上时，其吸附能比纯Cu(111)表面低约0.2 eV。因此，对于Pd1Cu SAA，Cu位点对CO*具有纯Cu的吸附行为，而Pd1位点对CO*具有稳定的吸附行为。
​Nature子刊：PGM1Cu SAAs电催化CO2还原制甲烷或乙烯
Dual-site catalysts featuring platinum-group-metal atoms on copper shapes boost hydrocarbon formations in electrocatalytic CO2 reduction. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-38777-y.

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