CeO2(110)表面嵌入式Ni和表面受阻路易斯对的双活性位点在高效光催化CO2甲烷化中的作用

《ACS Nano》：Dual Active Sites of Embedded Ni and Surface Frustrated Lewis Pairs on CeO2(110) for Efficient Photocatalytic CO2 Methanation

Sabatier反应高效催化剂设计：基于CeO2(110)表面SMSI的“嵌入双活性位点”策略通过稳定Ni纳米颗粒实现CO2光催化活化与氢化协同提升，CH4产率达2402.6 μmol·g?1·h?1，DRIFTS和DFT证实FLP位点增强吸附及光载流子分离优化反应路径。

　　

在温和条件下开发高效的催化剂以促进萨巴蒂埃反应仍然是一个重大挑战。本文提出了一种“嵌入式双活性位点”策略，该策略利用CeO₂(110)表面的强金属-载体相互作用（SMSI）来稳定Ni纳米颗粒，有效地将受阻路易斯对（FLP，Ce³⁺–O^2–）位点与相邻的Ni位点结合，用于光催化CO₂的活化及后续的氢化反应。与CeO₂(111)表面上的浅层Ni嵌入不同，Ni纳米颗粒在CeO₂(110)晶格中的嵌入深度要深得多。同时，表面分析表明CeO₂(110)比CeO₂(111)更容易产生FLP（Ce³⁺和氧空位对）。所制备的Ni₁₀/CeO₂光催化剂在紫外-可见光照射下的CH₄产率为2402.6 μmol·g^–1·h^–1，远高于基于CeO₂(111)制备的对照催化剂。原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）和密度泛函理论（DFT）计算揭示了一种协同机制：该机制增强了CO₂在表面的吸附能力（吸附能降低至约?1.2 eV），促进了光载流子的有效分离，并降低了反应中间体的动力学障碍，从而显著提高了CO₂的活化效率及后续的氢化反应速率。