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北交大Angew.：TiO2納米片中的單原子或雙原子：電催化尿素合成的最佳選擇？

作為新興材料，單原子和雙原子催化劑在電催化領(lǐng)域得到了廣泛的報(bào)道。回答關(guān)鍵問(wèn)題：?jiǎn)卧雍碗p原子催化劑，哪種對(duì)電催化尿素合成更好？

基于此，北京交通大學(xué)王熙教授（通訊作者）等人報(bào)道了通過(guò)空位錨定策略設(shè)計(jì)了兩種類型的催化劑：?jiǎn)卧覲d₁-TiO₂和雙原子Pd₁Cu₁-TiO₂納米片。其中，Pd₁Cu₁-TiO₂具有超高合成尿素的活性，達(dá)到了為166.67 mol_urea mol_Pd-1 h^-1，在-0.5 V下的法拉第效率（FE）為22.54%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Pd₁-TiO₂。

通過(guò)DFT計(jì)算，以進(jìn)一步揭示Pd₁Cu₁-TiO₂上可能的CO₂和N₂吸附位點(diǎn)。Bader電荷分析表明，N₂分子中有一個(gè)富電子的N原子，CO₂分子中有一個(gè)缺電子的C原子。從Pd₁Cu₁-TiO₂中可以看出，Pd₁Cu₁雙原子部分為缺電子區(qū)，可與N₂中富電子的N原子相匹配。

因此，Pd₁Cu₁雙原子位點(diǎn)和Pd₁Cu₁-TiO₂中的電負(fù)性O_V分別通過(guò)電子相互作用使N₂和CO₂的目標(biāo)吸附成為可能。此外，通過(guò)計(jì)算得出Pd₁Cu₁-TiO₂對(duì)*N₂和*CO₂的吸附能遠(yuǎn)低于Pd₁-TiO₂，證明了雙原子催化劑在促進(jìn)目標(biāo)吸附和N₂-CO₂偶聯(lián)方面的優(yōu)勢(shì)。

作者還研究了Pd₁Cu₁-TiO₂和Pd₁-TiO₂催化劑可能的反應(yīng)途徑。在Pd₁Cu₁-TiO₂上的尿素反應(yīng)由吸收的N₂和CO₂開(kāi)始，隨后分解為Pd-N₂和*COOH，其中Pd₁和O_V分別作為活性位點(diǎn)被吸附。

本文還計(jì)算了Pd₁Cu₁-TiO₂在沒(méi)有N₂吸附的情況下對(duì)CO₂RR的兩條路徑，Pd₁作為CO₂的活性位點(diǎn)，從*CO₂到*CO的總吉布斯自由能（?G）為0.636 eV。在N₂吸收作用下，Pd₁為N₂的活性位點(diǎn)，O_v為CO₂RR的活性位點(diǎn)，?G較低，為0.412 eV，與后續(xù)放熱*NCON的形成有關(guān)。

Single-Atom or Dual-Atom in TiO₂ Nanosheet: Which is the Better Choice for Electrocatalytic Urea Synthesis？Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202216835.

https://doi.org/10.1002/anie.202216835.

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北交大Angew.：TiO2納米片中的單原子或雙原子：電催化尿素合成的最佳選擇？

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