Structurally Asymmetric Ni−O−Mn Node in Metal–Organic Layers on Carbon Nitride Support for CO2 Photoreduction

原子轨道 材料科学 金属 电子 吸附 轨道杂交 结晶学 化学 物理化学 催化作用 冶金 物理 生物化学 量子力学 价键理论
作者
Chen Guan,Xiaoyang Yue,Yulong Liao,Quanjun Xiang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (3): e202415538-e202415538 被引量:35
标识
DOI:10.1002/anie.202415538
摘要

Abstract The Jahn–Teller (J–T) effect‐induced lattice distortion presents an advantageous approach to tailor the electronic structure and CO 2 adsorption properties of catalytic centers, consequently conferring desirable photocatalytic CO 2 reduction activity and selectivity. Nevertheless, achieving precise J–T distortion control over catalytic sites to enhance CO 2 adsorption/activation and target‐product desorption remains a formidable challenge. In this work, we successfully induced J–T lattice distortion in neighboring Ni sites by exchanging high‐spin Mn 2+ into Ni−O−Ni nodes. EXAFS results and DFT simulations revealed that the highly asymmetric Ni−O−Mn nodes induced structural contraction (shortened Ni−O bonds) in the adjacent Ni−O lattice. The magnetic hysteresis loop (M−H) confirmed that the introduction of Mn 2+ increased the number of spin electrons, thereby increasing the magnetization intensity. The spin mismatch between photogenerated electrons and holes suppressed charge recombination. Significantly, the d orbitals of the Ni sites in the Ni−O−Mn nodes exhibited strong orbital hybridization with the p orbitals of CO 2 , as evidenced by the enhanced d‐p orbital overlap, facilitating rapid CO 2 adsorption and activation. Consequently, the sample featuring lattice‐mismatched Ni−O−Mn nodes exhibited an 8.79‐fold enhancement in CO production rate compared to the Ni−O−Ni nodes, in the absence of cocatalysts and sacrificial reagents.
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