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中科大/格里菲斯AM:Co@NC實現(xiàn)高效持久的光熱CO2轉化

中科大/格里菲斯AM:Co@NC實現(xiàn)高效持久的光熱CO2轉化
光熱CO2加氫生產(chǎn)高附加值化學品和燃料是緩解能源和環(huán)境問題的一種有吸引力的方法,但其仍然依賴于開發(fā)地球資源豐富、高效和耐用的催化劑。
基于此,中國科學技術大學熊宇杰教授、劉東教授、龔萬兵副研究員和格里菲斯大學趙惠軍教授等人報道了一種N摻雜碳包覆Co納米顆粒(NPs)(記為Co@NC)作為光熱催化劑,通過兩步熱解Co-基ZIF-67前驅體合成。在全光譜光照條件下,CO2光熱加氫生成CO的速率為0.75 mol gcat?1 h?1,具有良好的活性和穩(wěn)定性。
中科大/格里菲斯AM:Co@NC實現(xiàn)高效持久的光熱CO2轉化
通過密度泛函理論(DFT)計算,作者研究了CO分子在不同表面的吸附。CO分子在Co9@石墨烯上的吸附能為-0.24 eV,而CO在原始石墨烯和CO(111)上的吸附能分別為-1.74和-2.04 eV。
因此,涂覆碳層可以極大降低CO在表面的吸附能,表明碳涂層顯著促進了光催化CO2加氫產(chǎn)生的CO分子從催化劑表面的解吸。Co@NC-700催化劑的CO-TPD譜圖在472 °C時表現(xiàn)出較強的CO解吸峰,CO/NC和CO/C分別在624 °C和530 °C時表現(xiàn)出較寬的CO解吸峰。結果表明,碳包封后CO解吸強度增強,與DFT計算一致。
中科大/格里菲斯AM:Co@NC實現(xiàn)高效持久的光熱CO2轉化
此外,Co/C和Co@NC-700的程序升溫解吸(CO2-TPD)譜圖顯示Co/C和Co@NC-700有一個弱峰和一個明顯的強峰,表明CO2的有效吸附。值得注意的是,Co@NC-700催化劑的氫解吸峰溫度明顯向較低的溫度偏移,表明H2更容易活化。總之,碳涂層帶來的CO解吸能力和反應物活化能力的提高,應該是Co@NC-700光熱催化劑CO產(chǎn)量優(yōu)越的主要原因。
中科大/格里菲斯AM:Co@NC實現(xiàn)高效持久的光熱CO2轉化
Rational Design of N-doped Carbon Coated Cobalt Nanoparticles for Highly Efficient and Durable Photothermal CO2 Conversion. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202302537.

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