二重金属原子触媒の電解二酸化炭素の軸性リガンド調節のための第一原理スクリーニング (M₁M₂N₆-R)

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• カタリシス

背景:

• 効率的な電気触媒は二酸化炭素還元反応 (CO2RR) に不可欠です.
• 調整されたリガンドを持つ二原子触媒 (DAC) の合理的な設計は,CO2RRのパフォーマンスを最適化するための有望な戦略です.
• CO2RR経路と製品の選択性に対する軸性リガンドの影響を理解することは不可欠です.

研究 の 目的:

• CO2RRのためのM1M2N6双原子触媒に対する軸性リガンド機能化の効果を調査する.
• 反応メカニズムを明らかにし,C1とC2の製品選択性を支配する主要な中間物質を特定する.
• CO2RR製品の分布を制御するための軸性リガンドエンジニアリング戦略を提案する.

主な方法:

• M1M2N6触媒 (NiNi,CoNi,CoFe,CoCo) の高通量スクリーニングにより,各軸リガンド (-OH, -COH, -CN) が変化する.
• 密度関数理論 (DFT) の計算により,リガンド吸収エネルギーとCO2RR自由エネルギー経路を評価する.
• 潜在的制限ステップと中間形成障壁を含む反応機構の分析.

主要な成果:

• リガンド吸附エネルギーは,M1-M2のブリッジサイトでの安定性を定量的に評価する.
• *HCOO/*COOHを形成するプロトン結合電子の転送は,CO生成の主要な潜在的制限ステップである.
• CoFe/CoCoのCN機能化と原始のCoCo/CoFe/CoNi触媒は, *CO結合によってC2製品 (C2H5OH,C2H6) の形成を促進する.
• -COHと -OHの改変は, *COの形成を阻害することによって,C1製品 (CH4,CH3OH) を有利にします.

結論:

• M1M2N6DACの軸性リガンドエンジニアリングは,CO2RRの製品選択性を調整するための実行可能な戦略を提供します.
• 軸性リガンドの選択は,反応経路とC1およびC2製品の分布に大きな影響を及ぼします.
• この研究は,選択的なCO2変換のための触媒設計に関する基本的な洞察を提供します.