Utmaningen med att reglera de elektroniska strukturerna av metallenkelatomer (M-SA) med metallnanopartiklar (M-NPs) ligger i syntesen av en bestämd arkitektur. En sådan struktur har starka elektroniska metallstödinteraktioner och upprätthåller elektrontransportkanaler för att underlätta koldioxidfotoreduktion (CO2 PR).
I en studie publicerad i Advanced Powder Materials , en grupp forskare från Zhejiang Normal University, Zhejiang A&F University och Dalian University of Technology, avslöjade konstruktionen av elektrontätheten hos Pd-enkla atomer med tvinnade Pd-nanopartiklar assisterad av stark elektronisk interaktion av den atomära metallen med stödet och avslöjade den underliggande mekanism för påskyndad CO2 PR.
"Som en av de mest lovande CO2 PR-halvledare, polymer grafitkolnitrid (g-C3 N4 ) med sp 2 π-konjugerade lamellära strukturer kan erbjuda elektronegativa kväveatomer för att förankra M-SA, vilket bildar aktiva metall-kvävegrupper (M–Nx )," förklarade Lei Li, huvudförfattare till studien. "Men stabil M–Nx konfigurationer förbjuder anpassning av elektroniska strukturer för M-SA-webbplatser."
I synnerhet omfattningen av d-tillstånd av övergångsmetaller i förhållande till Fermi-nivån dikterar metall-adsorbatbindningsstyrkor, som varken bör vara för svaga eller för starka för optimal katalytisk aktivitet. Därför är exakt anpassning av elektroniska strukturer för metallcentra avgörande för effektiv och selektiv CO2 PR.
"Ladda M-NPs på värdarna kan användas för att modifiera metallsingelplatserna utan att offra orörda egenskaper. Dessutom, med tanke på den höga elektrontätheten hos M-NPs, är det mycket troligt att laddningstätheten omarrangeras mellan M-SAs och M -NP:er anslutna genom ligandbryggor," tillade Yong Hu, medansvarig och medkorrespondent författare. "Men elektronisk interaktion mellan M-SAs med M-NPs synkront koordinerade på g-C3 N4 utnyttjas sällan i fotokatalytiska applikationer."
Forskarna fann också att de elektronegativa N-ställena i g-C3 N4 överbryggade Pd-SAs och Pd-TPs, bildar Pd-N-bindningar för att skapa starka elektroniska metallstödinteraktioner och tillåter riktad elektrontransport från Pd-TPs till Pd-SA-platser för effektiv CO2 PR.
Både experimentella och teoretiska studier bekräftade Pd-TPs multipla roller. Pd-TP:erna fungerade som en elektrondonator för att berika elektrondensiteten på katalytiska centra av enstaka Pd-ställen genom N-ligander i g-C3 N4 nätverk, och därigenom nedskifta d-bandscentrum för att påskynda karbonyldesorption för CO-produktion.
Teamets resultat erbjuder ett genomförbart tillvägagångssätt för att manövrera elektroniska strukturer på angränsande metallplatser genom att integrera metallnanopartiklar för fotokatalys.
Mer information: Lei Li et al, Elektronberikade singel-Pd-platser på g-C3N4 nanosheets uppnådda genom in-situ förankring av tvinnade Pd-nanopartiklar för effektiv CO2-fotoreduktion, Avancerade pulvermaterial (2024). DOI:10.1016/j.apmate.2024.100170
Tillhandahålls av KeAi Communications Co.
