雙原子催化劑以其獨(dú)特的性質(zhì)已成為催化領(lǐng)域新的研究前沿，雙原子金屬間的協(xié)同作用有望提高反應(yīng)性能和理解復(fù)雜的催化反應(yīng)過程。然而，現(xiàn)有研究主要集中于單原子催化劑與雙原子催化劑性能的比較，如何精準(zhǔn)控制金屬原子間距離和雙原子構(gòu)型進(jìn)而優(yōu)化催化性能仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。 近日，中國科學(xué)院大連化物所林堅(jiān)研究員、福州大學(xué)林森教授和皇家墨爾本理工大學(xué)馬天翼教授合作，以氮摻雜碳錨定的Ni和Fe雙原子催化劑為研究對(duì)象，構(gòu)筑出孤立的NiFe雙原子、氮橋聯(lián)的NiFe雙原子、以及NiFe直接成鍵三種構(gòu)型，研究NiFe原子間相互作用對(duì)電催化CO2還原性能的影響。
研究發(fā)現(xiàn)，三種構(gòu)型催化劑上NiFe均以原子對(duì)形式高度分散，Ni和Fe原子間距離分別為~6.1 ?（NiFe-isolate），~2.7 ?（NiFe-N bridge）和~2.1 ?（NiFe-bonding）。其中，氮橋聯(lián)的NiFe雙原子中Ni向Fe轉(zhuǎn)移更多電子，優(yōu)化了Fe中心電子分布，表現(xiàn)出合適的金屬間相互作用。與孤立的NiFe雙原子、Ni-Fe直接成鍵雙原子相比，氮橋聯(lián)的NiN4和FeN4雙原子催化劑提高了CO2電還原性能。 此外，DFT理論計(jì)算也表明當(dāng)Ni和Fe具有合適距離時(shí)，即氮橋聯(lián)的NiFe位點(diǎn)具有明顯的協(xié)同作用，能夠調(diào)節(jié)*COOH中間體具有合適的吸附強(qiáng)度，而且可以促進(jìn)*CO脫附，加快了CO2電還原為CO過程。 最終，具有合適金屬原子間距離的氮橋聯(lián)NiFe雙原子催化劑在CO2電催化還原反應(yīng)中表現(xiàn)出高的電流密度、法拉第效率和良好的穩(wěn)定性。該工作不僅揭示了雙原子間距離效應(yīng)，而且為調(diào)控雙原子間相互作用以增強(qiáng)催化性能提供新思路。 論文信息 Tuning the Inter-Metal Interaction between Ni and Fe Atoms in Dual-Atom Catalysts to Boost CO2 Electroreduction Dr. Yang Chen, Jia Zhao, Xiaoli Pan, Prof. Lin Li, Zhounan Yu, Prof. Xiaodong Wang, Prof. Tianyi Ma, Sen Lin, Prof. Jian Lin 文章的第一作者是中國科學(xué)院大連化物所的博士后陳洋和福州大學(xué)博士生趙佳。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202411543
