光化学的に合成されたAg₁₉と合金Ag₁₉とAg₁₂Cu_{7ナノクラスターにおける電気触媒CO2の反応性と選択性の調査}

科学分野:

• ナノ材料の化学
• 電気触媒
• 持続可能なエネルギー

背景:

• 原子精度の高いナノクラスターは,電気触媒によるCO2削減 (eCO2RR) の構造-特性関係を理解するために不可欠です.
• eCO2RRにおける低またはゼロバレンスの貴金属ナノクラスターとその合金については,限られたモデルが存在する.
• 調節可能なナノクラスターモデルの開発は,eCO2RR触媒の進歩に不可欠です.

研究 の 目的:

• Ag19Cu2 (((4-tBuPhCC) 16 (((Dpppe)) 4 (((SbF6) 3 (Ag19Cu2-2e) という新しい,より大きな銅ドーピングされた銀ナノクラスタを合成し,特徴づけること.
• eCO2RRにおけるAg19-2e,Ag19Cu2-2e,およびAg12Cu7 ((4-tBuPhCC) 14 ((Dpppe) 3Cl3 ((SbF6) 2) (Ag12Cu7-0e) の構造-特性関係を調査する.
• 触媒活性と製品選択性の調節における銅ドーピングとリガンド環境の役割を明らかにする.

主な方法:

• 銀ナノクラスター Ag19 ((4-tBuPhCC) 14 ((Dpppe) 3 ((SbF6) 3 (Ag19-2e) の光化学合成
• 銅でドーピングされたナノクラスターAg12Cu7 ((4-tBuPhCC) 14 ((Dpppe) 3Cl3 ((SbF6) 2 (Ag12Cu7-0e) とAg19Cu2 ((4-tBuPhCC) 16 ((Dpppe) 4 ((SbF6) 3 (Ag19Cu2-2e) の合成
• 紫外線と質量スペクトロメトリを用いた特徴付け,その後,電気化学CO2削減 (eCO2RR) 性能試験と理論的計算を行う.

主要な成果:

• Ag19Cu2-2eは,光誘導によるAg19-2e生成と,その後のCu(II) 結合によって形成される.
• Ag19-2eは最も低い効率を示したが,Ag19Cu2-2eは銅ドーピングの規制的役割を示す形式の生産を好んだ.
• Ag12Cu7-0eは優れた触媒性能とC1製品選択性 (COとフォーマット) を示し,これはClリガンドと暴露されたAg部位の除去に起因する.

結論:

• 銀ナノクラスターに銅を添加すると,eCO2RRの触媒活性が著しく増加する.
• 銅のドーピングレベルを変化させることで,製品の選択性 (フォーマット対CO) を正確に調節することができます.
• リガンド環境は重要な役割を果たし,リガンドの除去は活性部位を露出させ,触媒性能を改善することができます.