雙原子催化劑(DAC)上的電化學/熱化學CO2還原反應(CO2RR)領域成為能源和環(huán)境催化領域的一個新前沿。但是,由于對雙原子催化劑內(nèi)在結構-性能關系的研究非常缺乏,導致很大程度限制雙原子催化劑的合理設計和實際應用。
有鑒于此,中國科學技術大學江俊教授、石家莊學院Jing Yang等對一系列負載在C2N上的過渡金屬的CO2RR催化進行全面的理論研究,從而闡明雙原子催化劑的內(nèi)在結構-性能之間的關系。
本文要點:
(1)
研究結果表明,通過合理的調控金屬的類型,能夠明顯的提高DAC催化劑的催化活性,其中具有最高反應活性和優(yōu)異選擇性的CoNi是電還原/熱還原途徑最有前景的催化劑。隨后,系統(tǒng)的分析電子結構和結構的研究基礎之上,建立了各種定量的構性關系。結果表明,從關鍵物質、電荷轉移、d軌道中心、鍵長、光譜信號等描述符可以直接的定量確定基元步驟的關鍵相互作用和反應性質。
(2)
對于整個反應而言,采用新穎有效的三步策略(three-step strategy)設計的綜合描述符具有更好的性能。提出的利用物理可解釋參數(shù)(physically interpretable parameters)定量預測催化性能的能力,可以顯著的拓寬催化描述符在材料設計中的應用,因此為DAC催化劑的設計提供不可或缺的幫助和指導。
參考文獻
Chuanyi Jia, Bo Li, Jing Yang*, Shuang Jiang, Zhanyong Gu, Li Sun, Wenhui Zhong, Edward Sharman, Yi Luo, and Jun Jiang*, Prediction of C2N-Supported Double-Atom Catalysts with Individual/Integrated Descriptors for Electrochemical and Thermochemical CO2 Reduction, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.4c16377
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c16377