《J. Energy Chem.》：钯金气凝胶中钯的e_g轨道占比调控实现高效二氧化碳还原

Modulating Pd e_g Orbital Occupancy in Pd-Au Metallic Aerogels for Efficient Carbon Dioxide Reduction

Yao Chen, Juan Wang, Tingjie Mao, Cun Chen, Hanjun Li, Honggang Huang, Hui Fu, Feili Lai, Jiadong Chen,* Nan Zhang,* Tianxi Liu*

J. Energy Chem. 2023, https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.08.019

电化学CO₂还原反应（CO₂RR）是一种理想的人工固碳策略。根据最近的技术经济分析，将CO₂电化学转化为CO是最为经济可行的。CO₂电还原为CO是一个2电子过程，CO₂首先吸附在催化剂表面，然后通过质子转移过程被还原为*CO。随后，*CO从催化剂表面脱附生成CO。Pd基材料由于具有较低的过电位等特点可将CO₂有效还原为CO，但Pd与*CO的较高结合强度严重了阻碍CO₂RR过程中*CO的脱附，导致其在短时间内失活。因此，提高Pd基催化剂的CO耐受性及其催化活性是开发高效稳定的Pd基CO₂RR催化剂的关键。

基于此，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组提出了构建组分可控的Pd-Au金属气凝胶（MAs）调节Pd的e_g轨道占比的新策略，促进了*CO的脱附，实现了高效稳定的CO₂RR。具体而言，Pd₁Au₂ MAs在-0.40 V_RHE ~ -0.80 V_RHE的宽电位范围内实现了接近100%的CO法拉第效率（FE_CO），优于Pd MAs（35.10%）、Au MAs（76.20%）和Pd₁Au₂颗粒（78.03%）。即使经过20 h的稳定性测试，Pd₁Au₂ MAs仍能保持高的FE_CO、稳定的组分和三维交联结构。X射线光电子能谱和密度泛函理论计算结果表明，Au的引入有效地调控了Pd e_g的轨道占比，降低了CO₂RR能垒，优化了Pd的d带中心，促进了*CO的解离，提高了其催化活性和CO耐受性。本工作为开发高效稳定的Pd基CO₂RR电催化剂提供了新思路。

本论文第一作者为化工学院硕士研究生陈瑶，通讯作者为刘天西教授，张楠副教授和陈佳东博士。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.08.019