Enkeltatom-kerneled nanocluster-katalysator opnået i anti-galvanisk reaktion til kuldioxidomdannelse

Ifølge en undersøgelse offentliggjort i Nano Letters , opnåede forskere ledet af prof. Wu Zhikun fra Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) reducerede palladium (Pd)-baserede legeringsnanoclusters (forkortet Au₄ Pd₆ og Au₃ AgPd₆ ) for første gang.

Au₃ AgPd₆ er den mindste tri-metallegering nanocluster med veldefineret sammensætning/struktur hidtil, ifølge forskerne.

Katalyse er tæt forbundet med overflade. For metalkatalysatorer kan en forøgelse af andelen af ​​overfladeatomer forbedre udnyttelseseffektiviteten af ​​metaller, hvilket er særligt vigtigt for ædelmetalkatalysatorer som guld og platin. Reduktion af antallet af kerneatomer i metalnanocluster forventes således at forbedre metaludnyttelseseffektiviteten, og et ekstremt tilfælde er at reducere kerneatomantallet til kun én. Syntesen af ​​enkeltatom-kerneled nanocluster er imidlertid vanskelig, især når kerneatomerne er relativt aktive metalatomer såsom sølv (Ag) og kobber (Cu) på grund af stabilitetsproblemer.

Det er velkendt, at legering ikke kun kan forbedre den katalytiske ydeevne af klynger, men også stabilisere dem. Der er rapporteret et stort antal legerede nanoclusters med gruppe 11 metal (guld (Au), Ag, Cu) som hovedlegeme, men legeringsnanoklynger med reduceret Pd som hovedlegeme er ikke blevet nævnt, primært fordi Pd og thiolat kan danner let en +2 ladet kronelignende struktur, som er meget stabil og svær at reducere.

For at undgå dannelsen af ​​kronelignende struktur skal nogle specielle procedurer vedtages, såsom proceduren med at øge sterisk hindring af thiolat. På den anden side giver stabiliteten Pd-thiolat-komplekset evnen til at beskytte enkeltatomkernen som en skal, hvilket inspirerer til entusiasme for synteseundersøgelsen. Desværre er Pd-baserede nanoclusters med en enkelt sølvatomkerne ikke blevet opnået ved den traditionelle blandede metalsalt co-reduktionsmetode.

Den nyligt foreslåede anti-galvaniske reduktion (AGR) gav en ny løsning:co-reduktionsmetoden kan først bruges til at syntetisere Au-Pd-klynge med en enkelt guldatomkerne, derefter bruges AGR til at erstatte kernelguldatomet med Ag-atomet .

I denne undersøgelse valgte forskerne CO₂ elektroreduktion som modelreaktionen til at undersøge den katalytiske ydeevne af de opnåede legeringsnanoclusters på grund af dens betydning. Resultaterne viste, at Au₃ AgPd₆ havde bedre katalytisk aktivitet og selektivitet end Au₄ Pd₆ (Faraday-effektiviteten af ​​CO₂ til CO er henholdsvis 94,1 % og 88,1 %, hvilket indikerer, at AGR ikke kun kan forbedre den katalytiske ydeevne, men også forbedre udnyttelseseffektiviteten af ​​guld (100 %) og reducere omkostningerne til katalysatoren.

Sammenlignet med den tidligere Au₄₇ Cd₂ opnået ved tofaset AGR-metode, masseaktiviteten af ​​den opnåede Au₃ AgPd₆ var også højere (55,6 og 266,7 mA mg ^-1 , henholdsvis).

Yderligere eksperimenter viste, at kerneatomet ikke er det aktive sted for reaktionen, men kan ændre de katalytiske og andre egenskaber ved at tune den elektroniske struktur af nanoclusteren, som giver en reference til regulering af klyngens ydeevne.

"Dette arbejde er vigtigt for yderligere forskning," sagde prof. Wu. "Vi fremlagde strategien for effektivisering af måltidsudnyttelsen og foreslog konceptet 'sing-atom-kerneled nanocluster catalyst'."

Denne undersøgelse uddyber forståelsen af ​​klyngeaktive steder og giver vejledning til efterfølgende forskning og applikationer. + Udforsk yderligere

Specialdesignede sølv nanoclusters