在有序大孔结构的CeO2中定制Ni纳米簇，以实现高效的光热逆水煤气变换反应

《Science China-Materials》：Tailoring Ni clusters in ordered macroporous CeO2 for efficient photothermal reverse water gas shift reaction

光热催化转化CO?为高价值化学品中，3DOM CeO?与(Niδ+)?簇的复合结构通过增强光吸收、调控活性位点及优化反应动力学，显著提升CO?还原效率，实现63.36 mmol g?1 h?1 CO产率及93%选择性，为太阳能制燃料提供新思路。

　　

摘要

利用太阳能光热催化将二氧化碳（CO₂）转化为高价值化学品是一种有前景且可持续的碳循环利用策略。然而，精确调控催化活性位点和光吸收材料以提高光热催化性能仍是一个重大挑战。在此，我们报道了将三维有序大孔结构（3DOM）的二氧化铈（CeO₂）与带正电荷的（Ni^δ+)_n团簇合理结合，制备出用于逆水煤气变换（RWGS）反应的高效光热催化剂。3DOM结构在增强光吸收、改善活性位点的可及性以及为反应物提供独特受限环境方面具有明显优势。在3DOM二氧化铈中工程化（Ni^δ+)_n团簇不仅为氢气（H₂）的吸附和解离提供了高活性位点，还调节了二氧化铈的局部结构，从而促进了二氧化碳的吸附和活化。此外，（Ni^δ+)_n团簇显著提升了催化剂在紫外-可见-近红外（UV-vis-NIR）光谱范围内的光吸收能力，产生了显著的光热效应，加快了反应动力学。结果表明，优化后的（Ni^δ+)_n/CeO₂催化剂在模拟太阳光照（2.6 W cm^?2）条件下，流动反应中实现了63.36 mmol g^?1 h^?1的二氧化碳产率以及93%的二氧化碳选择性。理论计算表明，（Ni^δ+)_n/CeO₂催化剂降低了二氧化碳氢化过程中形成羧酸（COOH）的热力学能量障碍。本研究为光热催化剂的设计提供了宝贵见解，突显了活性位点工程在促进高效二氧化碳转化、实现实际太阳能到燃料生产方面的巨大潜力。