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在電化學(xué)催化CO₂還原來(lái)合成碳?xì)浠衔镏?，銅（Cu）基催化劑被廣泛的研究與應(yīng)用。Cu與以鉑族金屬（PGMs）為代表的親氫（H）元素合金的催化劑設(shè)計(jì)自由度有限，因?yàn)楹笳呷菀昨?qū)動(dòng)析氫反應(yīng)（HER）而忽略CO₂還原。

基于此，美國(guó)克萊姆森大學(xué)Ming Yang和馬薩諸塞大學(xué)洛厄爾分校Fanglin Che等人報(bào)道了一種將原子分散的PGMs物種錨定在多晶和形狀控制的Cu催化劑上，以促進(jìn)目標(biāo)CO₂還原反應(yīng)，同時(shí)抑制HER。在文中，作者以Pd₁Cu（作為主要研究目標(biāo)）和Pt₁Cu單原子合金（SAAs）納米催化劑的設(shè)計(jì)、合成和表征，以通過(guò)CO₂RR促進(jìn)甲烷（CH₄）和乙烯（C₂H₄）的生成。

作者選擇了Pd₁Cu(100)和Pd₁Cu(111)表面進(jìn)行DFT計(jì)算，因?yàn)镻d₁Cu(111)和Pd₁Cu(100)的計(jì)算超晶胞與實(shí)驗(yàn)樣品的平均Pd-Cu距離相當(dāng)吻合。

對(duì)于CO*在Pd₁Cu(100)表面，作者研究了不同的吸附位點(diǎn)，包括Cu位點(diǎn)、Pd位點(diǎn)和Pd-Cu界面位點(diǎn)。結(jié)果表明，CO*在Pd-top位點(diǎn)的吸附能為-1.02 eV，比Cu(100)的-0.59 eV強(qiáng)，但比Pd(100)的-1.59 eV弱。

吸附能值表明，對(duì)比裸露Cu(100)，單原子Pd的存在可以顯著提高CO*的吸附能力。需注意，Pd₁Cu(100)在Cu位點(diǎn)上最有利的CO*吸附能與Cu(100)幾乎相同，表明單原子Pd不會(huì)影響CO*對(duì)附近Cu原子的吸附性能。在Pd₁Cu(111)的所有位點(diǎn)中，Pd-top位點(diǎn)上CO*的CO*吸附能最強(qiáng)，為- 0.73 eV，大于Cu(111)的-0.54 eV，但弱于Pd(111)的-1.71 eV。

當(dāng)CO*吸附在Pd1Cu(111)的Cu位點(diǎn)上時(shí)，其吸附能比純Cu(111)表面低約0.2 eV。因此，對(duì)于Pd₁Cu SAA，Cu位點(diǎn)對(duì)CO*具有純Cu的吸附行為，而Pd₁位點(diǎn)對(duì)CO*具有穩(wěn)定的吸附行為。

Dual-site catalysts featuring platinum-group-metal atoms on copper shapes boost hydrocarbon formations in electrocatalytic CO₂ reduction. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-38777-y.

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?Nature子刊：PGM1Cu SAAs電催化CO2還原制甲烷或乙烯

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