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Collective Effect in Hierarchical Porous MOFs Combining Single Atoms and Nanoparticles for Enhanced CO2 Photoreduction to CO
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2024-12-17 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c04078 Ting Zhou, Zhongkai Xie, Hongyun Luo, Hongjing Chen, Longhua Li, Min Chen, Weidong Shi
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2024-12-17 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c04078 Ting Zhou, Zhongkai Xie, Hongyun Luo, Hongjing Chen, Longhua Li, Min Chen, Weidong Shi
Reasonable construction of atomically accurate photocatalysts is the key to building efficient photocatalytic systems. Herein, we propose a collective effects strategy that enables the consolidation of both cobalt single atoms (CoSAs) and nickel nanoparticles (NiNPs) in hierarchical porous MOFs for the foundational features for the preparation of high-performance photocatalysts. Among them, the optimal sample CoSAs/Al-bpydc/NiNPs achieved a CO generation rate of 12.8 mmol·g–1·h–1 and selectivity of 91% in 4 h. According to the experiment characterizations and theoretical simulations, we found that CoSAs facilitate CO2 adsorption and activation, while NiNPs promote hydrogen spillover and transfer of hydrogen protons to CoSAs, highlighting the collective effect of the catalytic system with multiple active sites. Most importantly, as a proof of concept, this performance enhancement strategy can also be applied to other hierarchically porous MOF photocatalysts, such as Al-bpdc, DUT-4, and UiO-67. This work provides new insight into the development of performance optimization of CO2 conversion photocatalysts through the ingenious design of collective catalytic sites.
中文翻译:
结合单个原子和纳米颗粒的多级多孔 MOF 中的集体效应,用于增强 CO2 光还原为 CO
合理构建原子精确的光催化剂是构建高效光催化系统的关键。在此,我们提出了一种集体效应策略,能够将钴单原子 (CoSAs) 和镍纳米颗粒 (NiNPs) 整合到多级多孔 MOF 中,以获得制备高性能光催化剂的基础特征。其中,最佳样品 CoSAs/Al-bpydc/NiNPs 在 4 h 内实现了 12.8 mmol·g–1·h–1 的 CO 生成速率和 91% 的选择性。根据实验表征和理论模拟,我们发现 CoSAs 促进 CO2 的吸附和活化,而 NiNPs 促进氢溢出和氢质子向 CoSAs 的转移,突出了具有多个活性位点的催化体系的集体效应。最重要的是,作为概念验证,这种性能增强策略也可以应用于其他分层多孔 MOF 光催化剂,例如 Al-bpdc、DUT-4 和 UiO-67。这项工作通过巧妙地设计集体催化位点,为 CO2 转化光催化剂的性能优化开发提供了新的见解。
更新日期:2024-12-17
中文翻译:
结合单个原子和纳米颗粒的多级多孔 MOF 中的集体效应,用于增强 CO2 光还原为 CO
合理构建原子精确的光催化剂是构建高效光催化系统的关键。在此,我们提出了一种集体效应策略,能够将钴单原子 (CoSAs) 和镍纳米颗粒 (NiNPs) 整合到多级多孔 MOF 中,以获得制备高性能光催化剂的基础特征。其中,最佳样品 CoSAs/Al-bpydc/NiNPs 在 4 h 内实现了 12.8 mmol·g–1·h–1 的 CO 生成速率和 91% 的选择性。根据实验表征和理论模拟,我们发现 CoSAs 促进 CO2 的吸附和活化,而 NiNPs 促进氢溢出和氢质子向 CoSAs 的转移,突出了具有多个活性位点的催化体系的集体效应。最重要的是,作为概念验证,这种性能增强策略也可以应用于其他分层多孔 MOF 光催化剂,例如 Al-bpdc、DUT-4 和 UiO-67。这项工作通过巧妙地设计集体催化位点,为 CO2 转化光催化剂的性能优化开发提供了新的见解。