北化工Small：NiAl-LDH-S2助力高选择性光还原CO2为CH4

由于多个电子转移过程的缓慢动力学和竞争性析氢反应（HER），将CO₂转化为具有高活性和选择性的清洁燃烧燃料（如CH₄）仍然是一个巨大的挑战。基于此，北京化工大学宋宇飞教授（通讯作者）等人报道了表面活性剂（C₁₁H₂₃COONa、C₁₂H₂₅SO₄Na、C₁₆H₃₃SO₄Na）嵌入NiAl-层状双氢氧化物（NiAl-LDH）的制备，导致形成具有弯曲形态的LDH-S1（S1=C₁₁H₂₃COO⁻）、LDH-S2（S2=C₁₂H₂₅SO₄⁻）和LDH-S3（S3=C₁₆H₃₃SO₄⁻）。对比NiAl-LDH，LDH-S2在CO₂光还原反应（CO₂PR）中表现出更高的CH₄选择性（83.07%）和更低的HER活性（3.84%）。

作者构建了有缺陷的LDH-S2和无缺陷的NiAl-LDH模型，以研究LDH-S2的晶格压缩结构及其在CO₂PR中的反应机理。对比NiAl-LDH，LDH-S2的金属-O键和O-H键长度减小，表现出压缩晶格应变结构，与HRTEM、EXAFS和XRD结果一致。从LDH-S2的态密度（DOS）发现，在禁区中存在一个中间态，与缺陷态一致。

此外，对比NiAl-LDH，在C DOS中，LDH-S2的插层阴离子中C的电子态与主层Ni的电子态耦合明显，与C XPS结果一致。进一步优化所有可能的中间体，得到了LDH-S2和NiAl-LDH上CO₂PR到CH₄的自由能图。对比无缺陷NiAl-LDH，CO₂PR中LDH-S2的速率决定步（RDS）能垒降低约0.134 eV。LDH-S2上H2演化的自由能势垒为3.58 eV，证实了副产物H₂的演化受到抑制。

Dual Engineering of Lattice Strain and Valence State of NiAl-LDHs for Photoreduction of CO₂ to Highly Selective CH₄. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202205770.

https://doi.org/10.1002/smll.202205770.