Nature子刊：2D Cu基高熵氧化物作为活性稳定的光热催化剂

铜（Cu）基纳米催化剂是各种工业催化过程的基石，但是协同增强Cu基纳米催化剂的催化稳定性和活性仍面临着巨大挑战。

基于此，日本国家材料研究所/河北大学叶金花教授、燕山大学张利强研究员和河北大学李亚光博士等人报道了应用高熵原理修饰Cu基纳米催化剂的结构，发明了一种PVP模板化方法，可以将6-11种不同元素作为高熵2D材料普遍合成。

以2D Cu2Zn1Al0.5Ce5Zr0.5Ox为例，不仅提高了40-800 ℃的烧结阻力，而且提高了其CO2加氢活性，500 ℃时的纯CO产率为417.2 mmol g−1 h−1，是已有先进催化剂的4倍。当2D Cu2Zn1Al0.5Ce5Zr0.5Ox用于光热CO2加氢时，在环境太阳光照射下，其光化学能转换效率达到36.2%，CO生成率为248.5 mmol g−1 h−1，CO产率为571 L。

通过DFT计算，作者研究了2D Cu2Zn1Al0.5Ce5Zr0.5Ox的烧结阻力和CO2加氢活性的机理。2D Cu2Ce7Ox的金属Cu析出能垒为6.61 eV，明显大于纯CuO的金属Cu析出能垒。结果表明，采用CeO2等金属氧化物作为载体引入SMSI可以减弱Cu的烧结。

同时，2D Cu2Zn1Al0.5Ce5Zr0.5Ox中金属Cu析出能垒高达8.85 eV，明显高于2D Cu2Ce7Ox和CuO，因此2D Cu2Zn1Al0.5Ce5Zr0.5Ox中Cu种的耐烧结性主要归因于高熵变化。

对于Cu NP/CeO2，Cu-CO中间体（CO*  +  H2O(g) → CO(g) + H2O(g)）的释放表现出1.46 eV的自由能变化，表明这是一个限制速率的步骤。

Cu在Cu NP/CeO2和2D Cu2Zn1Al0.5Ce5Zr0.5Ox中、C在CO*中的Bader电荷分别为+0.15、+1.38、-0.22|e|，表明Cu-CO在Cu NP/CeO2和2D Cu2Zn1Al0.5Ce5Zr0.5Ox中的配位分别为共价配位和离子配位。

结果表明，由于Cu-CO键由共价键转变为离子键，Cu-CO在2D Cu2Zn1Al0.5Ce5Zr0.5Ox上比Cu NP/CeO2更优先解离。

Cu-based high-entropy two-dimensional oxide as stable and active photothermal catalyst. Nat. Commun., 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-38889-5.

转自：“萤火科研”微信公众号

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