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 de fotoreductie van kooldioxide (CO₂) te vergemakkelijken PR).

In een onderzoek gepubliceerd in Advanced Powder Materials , onthulde 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 CO₂ PR.

"Als een van de meest veelbelovende CO₂ PR-halfgeleiders, polymeer grafietkoolstofnitride (g-C₃ N₄ ) aanbevolen met sp ² π-geconjugeerde lamellaire structuren kunnen elektronegatieve stikstofatomen bieden om M-SA's te verankeren, waardoor actieve metaal-stikstofgroepen worden gevormd (M–N_x )", legt Lei Li, hoofdauteur van het onderzoek uit. "Echter, stabiele M–N_x 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 CO₂ PR.

"Het laden van M-NP's op de hosts kan worden toegepast bij het modificeren van de afzonderlijke metaallocaties 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”, aldus Yong Hu, col-lead en co-corresponderend auteur. "Elektronische interacties van M-SA's met M-NP's worden echter synchroon gecoördineerd op g-C₃ N₄ worden zelden benut in fotokatalytische toepassingen."

De onderzoekers ontdekten ook dat de elektronegatieve N-plaatsen in g-C₃ N₄ overbrugde Pd-SA's en Pd-TP's, waardoor Pd-N-bindingen worden gevormd om sterke elektronische metaal-ondersteuningsinteracties te creëren en gericht elektronentransport van Pd-TP's naar Pd-SA-locaties mogelijk te maken voor effectief CO₂ PR.

Zowel experimentele als theoretische studies bevestigden de meerdere rollen van Pd-TP's. De Pd-TP's dienden als elektronendonor om de elektronendichtheid op katalytische centra van single-Pd-sites te verrijken via N-liganden in g-C₃ N₄ 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.