【催化】国家纳米科学中心唐智勇Angew.Chem. 单位点催化剂调控d轨道能级,高效CO2RR

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通讯作者:唐智勇研究员

通讯单位:国家纳米科学中心

非均相单原子催化剂(SAC)和单位点催化剂(SSC)由于其优异的催化活性和有效的金属利用率。此外,与常规的负载型纳米颗粒或块状金属相比,单原子催化剂或单位点催化剂具有强金属-载体相互作用但没有金属-金属的键合,催化活性中心表现出许多不同的催化行为,因此而受到广泛关注。 

 

单位点催化剂(SSC)的活性中心,不仅可将催化活性最大化,而且为研究结构与活性关系提供了有效的平台。但是,现有SSC中活性位点的任意排列对于该类催化剂催化活性机理的研究以及性能的优化带来困难。

 

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成果一览

近日,国家纳米科学中心的唐智勇研究员报道了单位点电催化CO2RR的最新成果。该研究通过金属-卟啉分子的组装制备了超薄单位点电催化剂(SSC),该催化剂能够精确辨别催化剂活性位点的d轨道能量。通过提高金属dz2轨道的能级,可显着促进电催化CO2还原的活性,在500 mV的过电位下法拉第效率高达96%。此外,实现了2.1 s-1的周转频率,且具有良好的稳定性。

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图文导读

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图1 STPyP-Co催化剂形貌结构表征

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图2 STPyP-Co催化剂精细结构表征

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图3 STPyP-Co催化剂电催化CO2还原性能

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图4 STPyP-Co催化剂原位XAS表征

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图5 STPyP-Co催化剂DFT计算

本文通过使用四(4-吡啶基)卟啉钴(II)作为结构单元的轴向配位装法成功制备了超薄单位点催化剂 STPyP-Co。STPyP-Co的Co 3d轨道的dz2能级得到提升,从而提高CO2还原的电催化活性。更重要的是,通过精确调控活性中心的轨道能级来提高活性,实现重要小分子的能量催化转化。

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文献信息

Reordering d-orbital energies of single-site catalysts for CO2 electroreduction

(Angewandte Chemie International Edition,2019,DOI: 110.1002/anie.201907399)

原文链接

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201907399

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