Ruthenium–Cobalt Solid-Solution Alloy Nanoparticles for Enhanced Photopromoted Thermocatalytic CO2 Hydrogenation to Methane

甲烷 合金 纳米颗粒 材料科学 催化作用 无机化学 化学工程 纳米技术 化学 冶金 有机化学 工程类
作者
Yunxiang Tang,Hao Wang,Chan Guo,Zhengyi Yang,Tingting Zhao,Jiurong Liu,Yanyan Jiang,Wenlong Wang,Quan Zhang,Dongshuang Wu,Yufei Zhao,Xiaodong Wen,Fenglong Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c02416
摘要

Bimetallic alloy nanoparticles have garnered substantial attention for diverse catalytic applications owing to their abundant active sites and tunable electronic structures, whereas the synthesis of ultrafine alloy nanoparticles with atomic-level homogeneity for bulk-state immiscible couples remains a formidable challenge. Herein, we present the synthesis of RuxCo1-x solid-solution alloy nanoparticles (ca. 2 nm) across the entire composition range, for highly efficient, durable, and selective CO2 hydrogenation to CH4 under mild conditions. Notably, Ru0.88Co0.12/TiO2 and Ru0.74Co0.26/TiO2 catalysts, with 12 and 26 atom % of Ru being substituted by Co, exhibit enhanced catalytic activity compared with the monometallic Ru/TiO2 counterparts both in dark and under light irradiation. The comprehensive experimental investigations and density functional theory calculations unveil that the electronic state of Ru is subtly modulated owing to the intimate interaction between Ru and Co in the alloy nanoparticles, and this effect results in the decline in the CO2 conversion energy barrier, thus ultimately culminating in an elevated catalytic performance relative to monometallic Ru and Co catalysts. In the photopromoted thermocatalytic process, the photoinduced charge carriers and localized photothermal effect play a pivotal role in facilitating the chemical reaction process, which accounts for the further boosted CO2 methanation performance.
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