Selective Plasmonic C─H Bond Editing for Low‐Temperature Light‐Driven Greenhouse Gas Upgrading

反键分子轨道 材料科学 等离子体子 键裂 催化作用 吸附 能量转换效率 合成气 光化学 化学工程 电子 物理化学 光电子学 有机化学 原子轨道 化学 物理 量子力学 工程类
作者
Nan Sun,Xianglei Liu,Cheng Tian,Qiao Xu,Yimin Xuan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202404005
摘要

Abstract Light‐driven greenhouse gases upgrading (GGU) into syngas is a promising approach to reduce CO 2 emissions and supply green fuels simultaneously. However, this reaction usually suffers from high operation temperature and low conversion rate due to stringent thermodynamic constraints. Herein, a selective plasmonic CH bond editing strategy is presented via incorporating ultralow amounts of Cu into Ni‐based catalysts by electrostatic adsorption. A remarkable CO 2 conversion rate 2.69 times as high as the thermodynamic limit and extraordinary light‐to‐fuel efficiency of 24.95% at low temperature of 500 °C are achieved, outperforming the state‐of‐the‐art literature reports. The extremely low fraction of Cu (0.06 wt%) assists the injection of localized surface plasmon resonance induced hot electrons into the antibonding orbital of reactants, accelerating cleavage of the first CH bond of * CH 4 , which is usually the rate‐determining step for GGU. Simultaneously, * CH intermediates are induced to proceed along * CH+ * O = * CHO rather than * CH = * C+ * H, thus avoid complete cleavage of CH 4 and subsequent coke deposition, leading to stable on‐stream operation over 20 h. Such a selective CH bond editing approach enables ordered conversion of CH 4 and CO 2 with high conversion rate and high efficiency synergistically beyond thermodynamic limits.

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