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【DFT+實驗】Adv. Sci.：Ir-CoO/Al2O3實現(xiàn)高效持久的CO2制取甲烷

目前，光熱催化CO₂加氫是廣泛研究的最有前途的方法之一，在溫和條件下CO₂轉化為增值化學品，但是實現(xiàn)理想的轉換效率和目標產品選擇性仍然具有挑戰(zhàn)性。

基于此，山東大學王鳳龍教授和中科院山西煤炭化學研究所溫曉東研究員等人報道了由Ir/CoAl LDH復合材料衍生制備的Ir-CoO/Al₂O₃催化劑，用于光熱CO₂制取甲烷，該催化劑由Ir-CoO系綜作為活性中心，均勻地錨定在非晶態(tài)Al₂O₃納米片上。在250 °C環(huán)境壓力和可見光照射下，CH₄產率達到128.9 mmol g_cat^-1 h^-1，優(yōu)于大多數(shù)報道的金屬基催化劑。

通過DFT計算，作者研究了CO₂在Ir表面和Ir-CoO界面上的吸附行為。優(yōu)化后的CO₂在Ir表面和Ir-CoO界面上的吸附幾何圖發(fā)現(xiàn)，Ir面C-O鍵長從1.16 ?增加到1.22 ?和1.33 ?，鍵角從180°減小到142.4°；Ir-CoO界面C-O鍵長分別增大到1.28 ?和1.29 ?，鍵角減小到127.2°，表明CO₂分子在Ir-CoO界面更容易解離。因此，Ir-CoO界面被認為是CO₂分子最活躍的吸附位點。

此外，作者還通過DFT計算探討了H₂分子在Ir納米顆粒表面的吸附行為。通過構造Ir(111)和Ir(111)-CoO的幾何圖形，分別記為[Ir(111)]和[Ir(111)]^–，模擬了帶中性電荷和負電荷的Ir表面。H₂在[Ir(111)]和[Ir(111)]^–表面上的優(yōu)化幾何形狀，并模擬了相應的鍵長和吸附能，表明H₂更容易吸附在[Ir(111)]^–表面上。

H₂分子的σ*反鍵軌道可以接受來自帶負電荷的Ir表面的電子，將使吸附的H₂解離成H物種，H物種很容易與吸附的CO2分子反應，從而引發(fā)加氫過程。

Ir-CoO Active Centers Supported on Porous Al₂O₃ Nanosheets as Efficient and Durable Photo-Thermal Catalysts for CO₂ Conversion. Adv. Sci., 2023.

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