![Schematisch diagram van het CO2-fotoreductiemechanisme. Krediet: Lei, Li et al., Synergie van enkele palladiumatomen en gekoppelde nanodeeltjes voor efficiënte CO₂-fotoreductie](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2024/synergy-palladium-sing.jpg)
Schematisch diagram van CO2 fotoreductie mechanisme. Krediet: Lei, Li et al.,
De uitdaging van het reguleren van de elektronische structuren van enkele metalen atomen (M-SA’s) met metalen nanodeeltjes (M-NP’s) ligt in de synthese van een definitieve architectuur. Een dergelijke structuur heeft sterke elektronische metaal-ondersteuningsinteracties en onderhoudt elektronentransportkanalen om fotoreductie van kooldioxide (CO2PR).
In een onderzoek gepubliceerd in Geavanceerde poedermaterialenonthulde een groep onderzoekers van de Zhejiang Normal University, Zhejiang A&F University en Dalian University of Technology de techniek van de elektronendichtheid van enkele Pd-atomen met gekoppelde Pd-nanodeeltjes, ondersteund door sterke elektronische interactie van het atomaire metaal met de steun, en onthulde de onderliggende mechanisme voor versnelde CO2PR.
“Als een van de meest veelbelovende CO2PR-halfgeleiders, polymeer grafietkoolstofnitride (gC3N4) uitgerust met sp2 π-geconjugeerde lamellaire structuren kunnen elektronegatieve stikstofatomen bieden om M-SA’s te verankeren, waardoor actieve metaal-stikstofgroepen worden gevormd (M-NX),’ legt Lei Li, hoofdauteur van het onderzoek uit. ‘Maar stabiele M-NX configuraties verbieden afstemming van elektronische structuren van M-SA-sites.”
In het bijzonder dicteert de omvang van de d-toestanden van overgangsmetalen ten opzichte van het Fermi-niveau de metaal-adsorbaatbindingssterkten, die noch te zwak, noch te sterk mogen zijn voor de optimale katalytische activiteit. Het nauwkeurig afstemmen van elektronische structuren voor metaalcentra is dus essentieel voor efficiënte en selectieve CO2PR.
“Het laden van M-NP’s op de hosts kan worden toegepast bij het modificeren van de afzonderlijke metalen locaties zonder dat dit ten koste gaat van de oorspronkelijke eigenschappen. Bovendien is het, gezien de hoge elektronendichtheid van M-NP’s, zeer waarschijnlijk dat herschikking van de ladingsdichtheid plaatsvindt tussen M-SA’s en M -NP’s verbonden via ligandbruggen,” voegde Yong Hu, col-lead en co-corresponderende auteur, toe. “Elektronische interacties van M-SA’s met M-NP’s worden echter synchroon gecoördineerd op gC3N4 worden zelden benut in fotokatalytische toepassingen.”
De onderzoekers ontdekten ook dat de elektronegatieve N-plaatsen in gC3N4 overbrugde Pd-SA’s en Pd-TP’s, waardoor Pd-N-bindingen worden gevormd om sterke elektronische metaal-ondersteuningsinteracties te creëren en directioneel elektronentransport van Pd-TP’s naar Pd-SA-locaties mogelijk te maken voor effectieve CO2PR.
Zowel experimentele als theoretische studies bevestigden de meerdere rollen van Pd-TP’s. De Pd-TP’s dienden als een elektronendonor om de elektronendichtheid op katalytische centra van enkele Pd-plaatsen te verrijken via N-liganden in gC3N4 netwerken, waardoor het d-bandcentrum naar beneden wordt verschoven om de carbonyldesorptie voor CO-productie te versnellen.
De bevindingen van het team bieden een haalbare aanpak om elektronische structuren van aangrenzende metalen locaties te manoeuvreren door metalen nanodeeltjes te integreren voor fotokatalyse.
Meer informatie:
Lei Li et al., Met elektronen verrijkte single-Pd-sites op g-C3N4-nanosheets bereikt door in situ verankering van gekoppelde Pd-nanodeeltjes voor efficiënte CO2-fotoreductie, Geavanceerde poedermaterialen (2024). DOI: 10.1016/j.apmate.2024.100170
Aangeboden door KeAi Communications Co.