基於量子限域效應和雙金屬協同效應構造二維RhW納米片實現高效CO2...

2021-01-09 中國科大新聞網

近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室和化學與材料科學學院曾傑教授課題組通過構築二維RhW納米片並利用其量子限域效應和雙金屬協同效應實現高效CO2催化加氫。CO2加氫反應的關鍵步驟在於CO2活化產生CO2δ-自由基。為此，研究人員通過構築出超薄二維RhW納米片，利用其量子限域效應提高了催化劑表面電子的d帶中心，增強了催化劑對CO2的吸附；同時雙金屬協同效應的存在使得Rh上電子富集，促進了CO2活化，有利於提升其CO2催化加氫性能。該成果以「Integration of Quantum Confinement and Alloy Effect to Modulate 

Electronic Properties of RhW Nanocrystals for Improved Catalytic Performance 

toward CO2 Hydrogenation」為題發表在《納米快報》上（Nano Lett. 2017, 17, 788-793）。論文的共同第一作者是碩士生張文博和博士生王梁炳。

 

 

二維RhW納米片結構及其CO2催化加氫性能

 

通過CO2催化加氫合成化工產品或燃料，不僅可以在一定程度上緩解全球氣候變暖現象，還可以降低人類對化石燃料的依賴，緩和全球日益增長的能源需求。在CO2催化加氫過程中，催化劑對CO2的吸附和活化是至關重要的一步，d帶中心是描述催化性能的一個重要指標。理論研究表明，金屬納米催化劑維度的改變會影響電子的空間分布，從而影響催化劑表面d帶中心，d帶中心越高對CO2的吸附就越強。此外，合金中電負性的差異也會導致電子轉移，從而改變催化劑的電子結構。這為研究人員調控金屬納米晶的電子結構提供了思路。

 

基於此，研究人員設計並構築出二維RhW納米片，其在CO2催化加氫反應中表現了卓越的催化活性。相較於Rh納米顆粒、Rh納米片、RhW納米顆粒，二維RhW納米片催化CO2加氫生成甲醇的轉化頻率分別是它們的5.9、4.0和1.7倍。在二維RhW納米片中，量子限域效應的存在提高了催化劑表面電子的d帶中心，從而增強催化劑對CO2的吸附。雙金屬協同效應使得W上的電子向Rh轉移，從而作為催化活性中心的Rh上電子富集，在CO2催化加氫過程中，有利於CO2活化成 CO2δ-自由基，還可以增強中間產物的吸附，從而促進中間產物進一步加氫成甲醇。該項研究為通過調控納米金屬納米晶表面電子狀態提升催化性能提供了新的研究思路。

 

該項研究得到了科技部青年973計劃、國家自然科學基金等項目的資助。

 

（微尺度物質科學國家實驗室、化學與材料科學學院、科研部）

 

附論文連結：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b03967

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