主族单原子催化剂(SAC)具有防止析氢反应(HER)和CO中毒的能力,在CO2电还原(CO2RR)制CO方面具有良好的应用前景。然而,它们的离域轨道将CO2活化还原为*COOH。
基于此,中南大学刘敏教授,北京航空航天大学孙轶斐教授,慕尼黑大学Emiliano Cortés(共同通讯作者)等人报道了一种O掺杂策略,通过Ca SAC位点(Ca-N3O)的不对称配位,将电子定位在p轨道上,从而增强CO2的活化。
为了找出Ca SACs与具有d轨道的代表性过渡金属(即Fe)SAC之间的差异,本文进行了基于DFT计算的理论分析。Ca SACs上CO解吸能垒(< 0 eV)远低于Fe-N4(1.38 eV),Ca SACs上HER的能垒(> 1.32 eV)远高于Fe-N4上的能垒(-0.24 eV)。这些结果表明,Ca位点的p轨道比Fe位点的d轨道更有利于抑制HER和CO中毒。
Mulliken电荷分析表明,在通过O掺杂使Ca位点电子局域化后,从Ca-N3O(0.74 e)转移到*COOH的电荷大于从Ca-N4(0.68 e)转移到*COOH的电荷。
同样,在生成*COOH后,Ca-N3O(1.96 eV)在投影态密度(PDOS)上比Ca-N4(1.08 eV)表现出更大的p带中心偏移,证实了Ca-N3O的p轨道上有更多的电子来稳定*COOH。
总之,不对称Ca-N3O在Ca位点上具有电子定位,并有效地促进了CO2RR中*COOH的生成。
Asymmetric Coordination Induces Electron Localization at Ca Sites for Robust CO2 Electroreduction to CO. Adv. Mater., 2023.
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