雙核位點催化劑(DSCs)以兩個相鄰的金屬原子為催化中心，有助于利用潛在的協(xié)同作用，具有優(yōu)異的催化能力，因此越來越受到研究人員的關(guān)注。
然而，精確合成雙原子位點從而獲得具有精確雙核結(jié)構(gòu)的催化劑具有挑戰(zhàn)性。中國科學(xué)院(CAS)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)(USTC)姚濤教授及其團(tuán)隊與安徽朱滿洲教授合作，提出了一種合成均勻原子精確Ni2位點的方法南京師范大學(xué)李亞非教授。計算結(jié)果還首次確定了電催化CO2還原條件下雙核活性位點的結(jié)構(gòu)演變。這項工作發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上。
為了獲得催化活性雙原子位點的動態(tài)結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們選擇了 Ni2(dppm)2Cl3(dppm 指雙(二苯基膦)甲烷，Ph2PCH2PPh2)，一種配體保護(hù)的雙原子簇，作為引入金屬原子的金屬前體.然后將前驅(qū)體與摻氮碳一起加熱以獲得負(fù)載的雙核Ni2位點(Ni2/NC)。這種新型催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能和穩(wěn)定性。
為了弄清真正的機(jī)理，研究人員應(yīng)用原位X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(XAFS)技術(shù)來測量特定原子的電荷躍遷并在原子水平上得出結(jié)論。他們明確證實了雙核位點的原子和電子結(jié)構(gòu)變化，并發(fā)現(xiàn)了動態(tài)橋氧吸附形成活性中間體 O-Ni2-N6。
此外，研究人員還進(jìn)行了密度函數(shù)理論(DFT)計算以提供理論解釋。結(jié)果表明，觀察到的 O-Ni2-N6結(jié)構(gòu)是形成 CO 的主要反應(yīng)中間體，具有令人滿意的選擇性和產(chǎn)率。
這項工作對設(shè)計新的雙核位點催化劑具有指導(dǎo)意義，并為理解催化效果提供了新的見解。這些結(jié)果也有望解決未來的能源問題。
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