von KeAi Communications Co.
Die Herausforderung bei der Regulierung der elektronischen Strukturen von Metalleinzelatomen (M-SAs) mit Metallnanopartikeln (M-NPs) liegt in der Synthese einer eindeutigen Architektur. Eine solche Struktur weist starke elektronische Metall-Träger-Wechselwirkungen auf und unterhält Elektronentransportkanäle, um die Kohlendioxid-Photoreduktion (CO2PR) zu erleichtern.
In einer Studie veröffentlicht In Fortschrittliche Pulvermaterialieneine Gruppe von Forschern der Zhejiang Normal University, der Zhejiang A&F University und der Dalian University of Technology, enthüllte die Manipulation der Elektronendichte von Pd-Einzelatomen mit verzwillingten Pd-Nanopartikeln, unterstützt durch eine starke elektronische Wechselwirkung des atomaren Metalls mit dem Träger, und enthüllte die zugrunde liegende Struktur Mechanismus für beschleunigte CO2PR.
„Als einer der vielversprechendsten CO2PR-Halbleiter kann polymeres graphitisches Kohlenstoffnitrid (g-C3N4) mit sp2-π-konjugierten Lamellenstrukturen elektronegative Stickstoffatome zur Verankerung von M-SAs bereitstellen und so aktive Metall-Stickstoff-Einheiten (M–Nx) bilden. “ erklärte Lei Li, Hauptautorin der Studie. „Stabile M-Nx-Konfigurationen verhindern jedoch die Einstellbarkeit der elektronischen Strukturen von M-SA-Standorten.“
Insbesondere das Ausmaß der d-Zustände von Übergangsmetallen im Verhältnis zum Fermi-Niveau bestimmt die Metall-Adsorbat-Bindungsstärken, die für eine optimale katalytische Aktivität weder zu schwach noch zu stark sein sollten. Daher ist die präzise Anpassung elektronischer Strukturen für Metallzentren für eine effiziente und selektive CO2PR von entscheidender Bedeutung.
„Das Laden von M-NPs auf die Wirte kann zur Modifizierung der Metall-Single-Sites verwendet werden, ohne dass die ursprünglichen Eigenschaften verloren gehen. Darüber hinaus ist es angesichts der hohen Elektronendichte von M-NPs sehr wahrscheinlich, dass es zu einer Ladungsdichteumlagerung zwischen M-SAs und M kommt -NPs, die über Ligandenbrücken verbunden sind“, fügte Yong Hu, Co-Leiter und Co-Korrespondentautor, hinzu. „Elektronische Wechselwirkungen von M-SAs mit M-NPs, die synchron an g-C3N4 koordiniert sind, werden jedoch selten in photokatalytischen Anwendungen genutzt.“
Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die elektronegativen N-Stellen in g-C3N4 Pd-SAs und Pd-TPs verbrückten und Pd-N-Bindungen bildeten, um starke elektronische Metall-Träger-Wechselwirkungen zu erzeugen und einen gerichteten Elektronentransport von Pd-TPs zu Pd-SA-Stellen zu ermöglichen effektive CO2PR.
Sowohl experimentelle als auch theoretische Studien bestätigten die vielfältigen Rollen von Pd-TPs. Die Pd-TPs dienten als Elektronendonator, um die Elektronendichte an katalytischen Zentren einzelner Pd-Stellen durch N-Liganden in g-C3N4-Netzwerken anzureichern und dadurch das d-Band-Zentrum nach unten zu verschieben, um die Carbonyldesorption für die CO-Produktion zu beschleunigen.
Die Ergebnisse des Teams bieten einen praktikablen Ansatz zur Manipulation elektronischer Strukturen benachbarter Metalleinzelstellen durch die Integration von Metallnanopartikeln für die Photokatalyse.
Mehr Informationen:
Lei Li et al., Elektronenangereicherte Einzel-Pd-Stellen auf g-C3N4-Nanoblättern, erreicht durch In-situ-Verankerung verzwillingter Pd-Nanopartikel für eine effiziente CO2-Photoreduktion, Fortschrittliche Pulvermaterialien (2024). DOI: 10.1016/j.apmate.2024.100170
Bereitgestellt von KeAi Communications Co.