La sfida di regolare le strutture elettroniche dei singoli atomi metallici (M-SA) con nanoparticelle metalliche (M-NP) risiede nella sintesi di un'architettura definita. Tale struttura ha forti interazioni elettroniche tra metallo e supporto e mantiene canali di trasporto degli elettroni per facilitare la fotoriduzione dell'anidride carbonica (CO2 PR).
In uno studio pubblicato su Advanced Powder Materials , un gruppo di ricercatori della Zhejiang Normal University, della Zhejiang A&F University e della Dalian University of Technology, ha rivelato l'ingegneria della densità elettronica di singoli atomi di Pd con nanoparticelle di Pd gemellate assistite da una forte interazione elettronica del metallo atomico con il supporto e ha svelato il sottostante meccanismo per CO2 accelerato PR.
"Come uno dei CO2 più promettenti Semiconduttori PR, nitruro di carbonio grafitico polimerico (g-C3 N4 ) presentato con sp 2 Le strutture lamellari coniugate con π possono offrire atomi di azoto elettronegativi per ancorare gli M-SA, formando porzioni attive di metallo-azoto (M–Nx ),", ha spiegato Lei Li, autore principale dello studio. "Tuttavia, M–Nx stabile le configurazioni vietano la sintonizzazione delle strutture elettroniche dei siti M-SA."
In particolare, l’entità degli stati d dei metalli di transizione rispetto al livello di Fermi determina la forza di legame metallo-adsorbato, che non dovrebbe essere né troppo debole né troppo forte per un’attività catalitica ottimale. Pertanto, la personalizzazione precisa delle strutture elettroniche per i centri metallici è essenziale per una CO2 efficiente e selettiva PR.
"Il caricamento di M-NP sugli ospiti può essere applicato per modificare i singoli siti metallici senza sacrificare le proprietà incontaminate. Inoltre, considerando l'elevata densità elettronica degli M-NP, è altamente probabile che si verifichi un riarrangiamento della densità di carica tra M-SA e M -NP connesse attraverso ponti di ligandi," ha aggiunto Yong Hu, co-responsabile e co-autore corrispondente. "Tuttavia, le interazioni elettroniche degli M-SA con gli M-NP coordinati in modo sincrono su g-C3 N4 sono raramente sfruttati nelle applicazioni fotocatalitiche."
I ricercatori hanno anche scoperto che i siti N elettronegativi in g-C3 N4 hanno fatto ponte tra Pd-SA e Pd-TP, formando legami Pd-N per creare forti interazioni elettroniche di supporto metallico e consentendo il trasporto direzionale degli elettroni dai Pd-TP ai siti Pd-SA per un'efficace CO2 PR.
Sia gli studi sperimentali che quelli teorici hanno confermato i molteplici ruoli dei Pd-TP. I Pd-TP servivano come donatori di elettroni per arricchire la densità elettronica sui centri catalitici di singoli siti Pd attraverso N ligandi in g-C3 N4 reti, spostando così verso il basso il centro della banda D per accelerare il desorbimento del carbonile per la produzione di CO.
Le scoperte del team offrono un approccio fattibile per manovrare le strutture elettroniche dei singoli siti metallici vicini integrando nanoparticelle metalliche per la fotocatalisi.
Ulteriori informazioni: Lei Li et al, Siti singoli di Pd arricchiti di elettroni su nanofogli g-C3N4 ottenuti mediante ancoraggio in situ di nanoparticelle di Pd gemellate per un'efficiente fotoriduzione di CO2, Materiali in polvere avanzati (2024). DOI:10.1016/j.apmate.2024.100170
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