鲁汶大学/福大AM:HEA NPs高效光催化CO2还原

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金属纳米颗粒共催化剂因其高光催化性能而受到广泛的关注,但在光照射下其不稳定性限制了实际应用。研究发现,高熵合金(HEAs)具有更高的熵、更低的吉布斯自由能和优异的稳定性。


基于此,比利时鲁汶大学Maarten B. J. Roeffaers、福州大学龙金林研究员等人报道了一种由FeCoNiCuMn HEA组成的3.5 nm尺寸的无贵金属纳米颗粒(NPs)。测试发现,HEA NPs高效光催化CO2还原,CO和CH4的产率分别为235.2 µmol g-1 h-1和19.9 µmol g-1 h-1,是原始TiO2的23倍。
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通过密度泛函理论(DFT)计算,作者研究了CO2转化为燃料的热力学。HEA NPs表现出良好的CO2吸附,能垒为-0.05 eV,表明HEA NPs可以增强表面CO2吸附。在CO2转化为CO途径中,*COOH和*(CO + H2O)等中间体是自发生成的。HEA中CO和H2O的解吸呈现正能垒,其中CO的解吸能垒为+0.88 eV,是整个反应的热力学速率决定步骤。
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在CO2转化为CH4途径中,*H2CO中间体在HEA上的吸附能为+0.98 eV,成为CH4生成速率的决定步骤。需注意,该值超过了CO分子在HEA表面的解吸能,表明HEA更有利于形成CO,因此CO是主要产物。这些中间体与通过CO2还原生成CH4有关,但这些中间体的强度明显弱于CO中间体,进一步证实了CO是HEA/TiO2的主要产物。
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Noble-Metal-Free High-Entropy Alloy Nanoparticles for Efficient Solar-Driven Photocatalytic CO2 Reduction. Adv. Mater., 2024, DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202313209.



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