Synergi palladium enkeltatomer og tvillinge nanopartikler til effektiv CO₂ fotoreduktion

Udfordringen med at regulere de elektroniske strukturer af metal-enkeltatomer (M-SA'er) med metalnanopartikler (M-NP'er) ligger i syntesen af ​​en bestemt arkitektur. En sådan struktur har stærke elektroniske metalstøtte-interaktioner og opretholder elektrontransportkanaler for at lette kuldioxid-fotoreduktion (CO₂ PR).

I en undersøgelse offentliggjort i Advanced Powder Materials , en gruppe forskere fra Zhejiang Normal University, Zhejiang A&F University og Dalian University of Technology, afslørede konstruktionen af ​​elektrontætheden af ​​Pd-enkeltatomer med tvillingeforbundne Pd-nanopartikler assisteret af stærk elektronisk interaktion af det atomare metal med støtten og afslørede den underliggende mekanisme for fremskyndet CO₂ PR.

"Som en af ​​de mest lovende CO₂ PR-halvledere, polymert grafitisk carbonnitrid (g-C₃ N₄ ) med sp ² π-konjugerede lamellære strukturer kan tilbyde elektronegative nitrogenatomer til at forankre M-SA'er og danne aktive metal-nitrogendele (M–N_x )," forklarede Lei Li, hovedforfatter af undersøgelsen. "Men stabil M–N_x konfigurationer forbyder tilpasning af elektroniske strukturer på M-SA-websteder."

Især omfanget af d-tilstande af overgangsmetaller i forhold til Fermi-niveau dikterer metal-adsorbat-bindingsstyrker, som hverken bør være for svage eller for stærke til den optimale katalytiske aktivitet. Præcis tilpasning af elektroniske strukturer til metalcentre er således afgørende for effektiv og selektiv CO₂ PR.

"Indlæsning af M-NP'er på værterne kan anvendes til at modificere metal-single-sites uden at ofre uberørte egenskaber. Derudover, i betragtning af den høje elektrontæthed af M-NP'er, er det højst sandsynligt, at ladningstæthedsomlægning forekommer mellem M-SA'er og M -NP'er forbundet gennem ligandbroer," tilføjede Yong Hu, medansvarlig og co-korresponderende forfatter. "Men elektroniske interaktioner af M-SA'er med M-NP'er synkroniseret på g-C₃ N₄ udnyttes sjældent i fotokatalytiske applikationer."

Forskerne fandt også, at de elektronegative N-steder i g-C₃ N₄ byggede bro mellem Pd-SA'er og Pd-TP'er, der danner Pd-N-bindinger for at skabe stærke elektroniske metalstøtte-interaktioner og tillader retningsbestemt elektrontransport fra Pd-TP'er til Pd-SA-steder for effektiv CO₂ PR.

Både eksperimentelle og teoretiske undersøgelser bekræftede de mange roller af Pd-TP'er. Pd-TP'erne tjente som en elektrondonator til at berige elektrondensiteten på katalytiske centre af enkelt-Pd-steder gennem N ligander i g-C₃ N₄ netværk og derved nedskifte d-båndscentret for at accelerere carbonyldesorption til CO-produktion.

Holdets resultater tilbyder en gennemførlig tilgang til at manøvrere elektroniske strukturer af tilstødende metal-enkeltsteder ved at integrere metalnanopartikler til fotokatalyse.

Flere oplysninger: Lei Li et al., Elektronberigede enkelt-Pd-steder på g-C3N4 nanoark opnået ved in-situ forankring af tvillinge Pd-nanopartikler til effektiv CO2-fotoreduktion, Avancerede pulvermaterialer (2024). DOI:10.1016/j.apmate.2024.100170

Leveret af KeAi Communications Co.