王心晨/汪思波Angew.：Pd在聚三嗪酰亚胺晶体上的协同光催化还原CO2

研究内容

尽管在效率和选择性方面面临挑战，但光催化CO2还原与H2O氧化的结合已被广泛研究。

福州大学王心晨/汪思波通过将原子和纳米颗粒Pd共锚定在聚（三嗪酰亚胺）晶体上，开发了一种PdSAs+NPs/PTI催化剂，该催化剂对使用H2O作为还原剂将CO2还原为CO具有高活性、选择性和稳定性。最佳催化剂的CO收率为22.2 mmol gPd-1 h-1，选择性为95.7%，稳定运行30小时以上。相关工作以“CO2 Photoreduction by H2O: Cooperative Catalysis of Palladium Species on Poly(triazine imide) Crystals”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

研究要点

要点1. 作者通过简单的一步法证明了单个和颗粒Pd在高质量PTI棱镜上的共沉积，创建了一种PdSAs+NPs/PTI催化剂，该催化剂通过H2O将CO2还原为CO表现出高活性、选择性和稳定性。

要点2. 在光照下，催化剂的CO收率为22.2 mmol gPd-1 h-1，选择性为95.7%，稳定性超过30小时。

要点3. 实验和理论研究表明，双Pd协同增强电荷分离和转移，同时促进CO2活化、CO解吸和H2O解离。光激发的电子迁移到Pd纳米粒子上以还原CO2，空穴将Pd2+位点氧化为Pd4+，催化H2O分解为OH*和H*。由此产生的H*溢出到相邻的Pd纳米颗粒上，支持质子偶联的CO2还原，而OH*被Pd4+氧化，释放O2，再生Pd2+，并关闭催化循环。重要的是，光诱导的Pd4+位点动态调节了局部吸附环境，削弱了附近Pd纳米颗粒上的CO结合。这有助于CO解吸，并阻碍其氢化为CH4，从而实现高CO选择性。

研究图文

图1.PdSAs+NPs/PTI的a）SEM，b）HRTEM和相应的AC-iDPC，c）AC-HAADF-STEM以及d）EDS图。Pd箔、PdSAs+NPs/PTI和PdO的e）XANES和f）FT-EXAFS。g）PdSAs+NPs/PTI的EXAFS R空间拟合曲线和h，i）Pd箔和PdSAs+NPs/PT的小波变换EXAFS。

图2.a）不同Pd负载量的PdSAs+NPs/PTI催化剂的CO和CH4收率以及CO选择性。b）不同样品的光催化CO2还原生产率。c）系统在不同反应条件下的CO2光还原活性。d）13CO2同位素实验产生的CO的GC-MS分析结果。e）PdSAs+NPs/PTI用于光催化CO2还原的稳定性测试。f）PdSAs+NPs/PTI在光照或外部加热条件下的CO2还原性能。

图3. a、b）作为温度函数的积分PL发射强度（插图：温度相关的PL光谱）。PTI和PdSAs+NPs/PTI的c）PL光谱，d）SPV光谱，e）TPV光谱（插图：电荷提取效率）以及f）归一化TAS光谱的时间分布。

图4.PdSAs+NPs/PTI的a）原位XPS，b）辐照下的原位CO-DRIFTS以及c，d）光照射和加热下的原位CO2-DRIFT光谱。e）PdSAs+NPs/PTI上CO2到CO转化途径的逐步吉布斯自由能。

文献详情

CO2 Photoreduction by H2O: Cooperative Catalysis of Palladium Species on Poly(triazine imide) Crystals

Xinyu Xu, Bo Su, Sibo Wang,* Wandong Xing, Sung-Fu Hung, Zhiming Pan, Yuanxing Fang, Guigang Zhang, Huabin Zhang, Xinchen Wang*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202512386

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