?楊貴東ACS Catalysis: 構建低氧化態活性位點促進光催化固氮 2022年9月17日 上午4:11 ? 頂刊 ? 閱讀 39 本文制備了一種納米限制的尖晶石鐵鈷氧化物 在環境條件下實現光催化氮還原反應(NRR)活性位點上的N2富集和N≡N鍵活化是一個長期追求的目標。在這里,西安交通大學楊貴東等制備了一種納米限制的尖晶石鐵鈷氧化物(FeCo2O4),它具有低氧化態和更強的Fe對鐵活性位點的3d軌道供電子能力,可以有效地將電子轉移到N2的π*軌道上,以促進氮的活化。 此外,我們通過納米限域效應合理地控制了氮分子在納米限域內腔中的傳質,從而迫使鐵鈷氧化物半導體中的 N2富集。在這項工作中,納米限制鐵鈷氧化物光催化劑的 NRR性能達到 1.26 μmol h-1(添加10 mg光催化劑),是塊狀 FeCo2O4 的 3.7倍。我們提出的策略同時滿足氮的捕獲和氮的活化,并指導開發用于固氮的低氧化態鐵基光催化劑。 類似的性質也出現在圖 5a 中的尖晶石氧化鈷鐵中。Fe(II)和Co(III)原子的d帶中心值分別為-1.46和-1.68 eV,這表明鐵的低氧化態可以表現出更好的氮吸附性能。這種性質可以促進隨后的氮活化。FeCo2O4(311) d 軌道中 Fe 的能級與 N2 的 π* 軌道很好地對應,如圖 5b 所示,導致 N2 吸附產生 d-π* (unocc) 軌道的部分占據。強 d-π* (unocc) 反鍵軌道位于費米能級 (EF) 之上,這導致 Fe 的 d 軌道的電子部分轉移到 N2 的 π* 反鍵軌道上形成 Fe-N 鍵。電子轉移過程有效地激活了氮分子。此外,FeCo2O4中的Co原子在NRR過程中也起著重要作用,主要可分為以下兩個方面。首先,Co原子可以與Fe原子配位穩定地形成鈷鐵尖晶石,其中Co代表氧的立方密堆積中的八面體陽離子位點。其次,八面體金屬位點中Co原子的3d電子可以影響Fe 3d軌道的局部電子分布,提高Fe活性位點的給電子能力。 碎片軌道分析可以很好地支持圖 5c 中的上述計算結果,它依賴于 Fe-O-Fe 和N2的切向σt和πt分子軌道,可以形成兩個鍵合軌道和反鍵合軌道。Fe-*N2的鍵合軌道表明來自 Fe 的 d 軌道的電子遷移到 N2 中的空π*軌道,可能激活 N≡N 鍵以提高 NRR 性能。Fe活性位點的d軌道與π*反鍵軌道相互作用的過程被視為圖5d中的過程1。同時,Fe位點的空d軌道也可以接受來自N2的σg鍵合軌道的電子,軌道相互作用使得吸附在活性位點上的氮更容易被活化,有利于后續的光催化還原(過程2)。結果,隨著*N2不斷氫化成*NNH,孤立的Fe和H原子將更多的電子轉移到N2的π*反鍵軌道,孤立的Fe的d軌道與*NNH中的π*反鍵軌道重疊,進一步減弱N≡N 鍵。 He Li, Mengyang Xia, Ben Chong, Hang Xiao, Bin Zhang, Bo Lin, Bolun Yang, and Guidong Yang. Boosting Photocatalytic Nitrogen Fixation via Constructing Low-Oxidation-State Active Sites in the Nanoconfined Spinel Iron Cobalt Oxide. ACS Catal. 2022, 12, 16, 10361–10372 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c02282 原創文章,作者:華算老司機,如若轉載,請注明來源華算科技,注明出處:http://www.zzhhcy.com/index.php/2022/09/17/17f982d39a/ ACS Catalysis催化楊貴東 贊 (0) 0 生成海報 相關推薦 東南&同濟Adv. Sci.: 防水鋰負極+LiOH正極=長壽命高能鋰空氣電池 2023年10月11日 ?南理工ACS Catal.: Cu2O上光重新分配,實現穩定CO2光還原 2024年6月19日 港城大李振聲EnSM: 實現長壽命水系鋅離子電池穩定Zn沉積的電解液工程 2023年10月13日 低至-80℃!斯坦福大學戴宏杰,最新AM! 2023年10月10日 ?北科大劉永暢Angew.:通過氬氣退火產生大量氧空位提升錳基層狀氧化物正極的儲鈉性能 2023年10月9日 華科大孫永明Nature子刊:反應-鈍化機制驅動材料分離,實現廢舊鋰離子電池的便捷回收 2023年10月7日