北化工宋宇飞/赵宇飞Small: V掺杂调控NiAl-LDH电子结构，实现高效光催化CO2还原为CH4
北化工宋宇飞/赵宇飞Small: V掺杂调控NiAl-LDH电子结构，实现高效光催化CO2还原为CH4
catalysisworld
催化开天地（Catalysis Opens New World），分享催化基本知识，关注催化前沿研究动态，我们只专注于催化！
【做计算 找华算】 理论计算助攻顶刊，10000+成功案例，全职海归技术团队、正版商业软件版权！
经费预存选华算，高至15%预存增值！
通过光催化CO 2 还原(CO 2 PR)将CO 2 转化为高价值燃料是减少温室气体排放和缓解能源危机的有效方法。然而，由于C=O的键能大，需要使用高活性光催化剂来破坏强C=O键并激活CO 2 。目前已开发出一系列光催化剂，其中大部分具有将CO 2 还原为合成气(由CO和H 2 组成的混合气体)和CH 4 的能力。然而，由于缺乏有效的CH 4 形成反应位点和严重的电子-空穴复合，大多数催化剂对CH 4 的选择性较差。因此，设计一种能够提高CH 4 选择性和电子-空穴对分离效率的光催化剂具有重要意义。
近日， 北京化工大学宋宇飞 、 赵宇飞 等基于密度泛函理论(DFT)计算，发现Ni基LDHs的电子结构和CO 2 PR中间体在其表面的吸附行为可以通过V掺入得到极大优化。因此，研究人员将V引入NiAl-LDH中，合成了一系列具有不同V/Al比例的单层LDH：NiAl-LDH、NiAlV-LDH-x和NiV-LDH，(x表示V:Al，x= 0.5、1和2)。CO2PR实验结果表明，V掺入对CO 2 PR性能有显着影响：在可见光照射下，随着V含量的增加，CH 4 的选择性也明显提高，H 2 的产量显著降低(NiV-LDH表现出78.9%的高CH 4 选择性和99.6%的含C产物选择性，同时H 2 释放被抑制到仅为0.4%)。
更重要的是，通过进一步调整Ni和V的摩尔比，在λ>400 nm照射下，Ni 4 V-LDH上实现了高达90.1%的最高CH 4 选择性，并且Ni 2 V-LDH上完全抑制了H 2 的析出。精细结构表征表明V的掺入导致产生了低价态Ni物种，这可能是在CO 2 PR中产生高选择性CH 4 的活性位点。此外，光学和电化学测试阐明了V结合到NiAl-LDH中也有效地促进了光生载流子的分离和迁移。总的来说，这项工作提供了一种通过多价过渡金属调制开发具有高CH 4 选择性的光催化剂的有效策略。
Rational Regulation of Electronic Structure in Layered Double Hydroxide Via Vanadium Incorporation to Trigger Highly Selective CO 2 Photoreduction to CH 4 . Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202202334
【做计算 找华算】 华算科技专业靠谱、正版商业软件版权、全职海归计算团队，10000+成功案例！
用户研究成果已发表在Nature子刊、Science子刊、AM系列、ACS系列、RSC系列、EES等国际顶级期刊。
电话同微信： 13622320172
点击阅读原文，提交计算需求！