Computational Design of Single‐atom Modified Ti‐MOFs for Photocatalytic CO2 Reduction to C1 Chemicals

催化作用 选择性 密度泛函理论 光催化 过渡金属 化学 Atom(片上系统) 金属 限制 物理化学 无机化学 材料科学 结晶学 计算化学 有机化学 嵌入式系统 工程类 机械工程 计算机科学
作者
Shuang Wang,Xiaowa Nie,Jian‐Bin Lin,Fanshu Ding,Chunshan Song,Xinwen Guo
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:17 (8) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/cssc.202301619
摘要

Abstract In this work, density functional theory (DFT) calculations were conducted to investigate a series of transition metals (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, Os, Ir, and Pt) as single‐atom components introduced into Ti‐BPDC (BPDC=2,2′‐bipyridine‐5,5′‐dicarboxylic acid) as catalysts (M/Ti‐BPDC) for the photocatalytic reduction of CO 2 . The results show that Fe/Ti‐BPDC is the most active candidate for CO 2 reduction to HCOOH due to its small limiting potential (−0.40 V). Ag, Cr, Mn, Ru, Zr, Nb, Rh, and Cu modified Ti‐BPDC are also active to HCOOH since their limiting potentials are moderate although the reaction mechanisms are different across these materials. Most of the studied catalysts show poor activity and selectivity to CO product because the stability of *COOH/*OCOH intermediates is significantly weaker than *OCHO/*HCOO species. The moderate binding strength of *CO on Pd/Ti‐BPDC is responsible for its superior catalytic activity toward CH 3 OH generation. Electronic structural analysis was performed to uncover the origin of the activity trend for CO 2 reduction to different products on M/Ti‐BPDC. The calculation results indicate that the activity and selectivity of CO 2 photoreduction can be effectively tuned by designing single‐atom metal‐based MOF catalysts.
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