Decoupling Activity‐Selectivity Trade‐off in Photothermal Catalytic CO 2 Hydrogenation: A Hydrogen Spillover‐Assisted Dual‐Site Synergy Mechanism

选择性 催化作用 氢溢流 溢出效应 纳米笼 化学 解耦(概率) 光化学 材料科学 有机化学 控制工程 工程类 经济 微观经济学
作者
Zi‐Xuan Sun,Changkai Zhou,Zhijie Chen,Yu Zeng,Tao Sun,Xudong Dong,Lijun Yang,Xizhang Wang,Qiang Wu,Hongwen Huang,Le He,Zheng Hu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (34): e202508090-e202508090 被引量:15
标识
DOI:10.1002/anie.202508090
摘要

The persistent trade-off between catalytic activity and selectivity remains a critical barrier to efficient CO2 valorization. Herein, we propose a concept of decoupling the activity-selectivity trade-off in the photothermal catalytic reverse water-gas shift (RWGS) reaction by hydrogen spillover-assisted dual-site synergy. This concept is demonstrated through a hybrid catalyst constructed by immobilizing abundant Ru single sites and trace Ru clusters onto high-efficiency photothermal support of N-doped hierarchical carbon nanocages (hNCNC). Theoretical calculations reveal that the Ru─N4 sites are highly active and selective for the RWGS reaction, contingent on the efficient migration of dissociated *H species to adjacent C atoms of Ru. Importantly, we experimentally confirm that Ru single sites dominate CO2 hydrogenation to CO, whereas Ru clusters facilitate H₂ activation and supply hydrogen species to adjacent single sites via spillover over hNCNC. Leveraging this synergistic interaction, the hybrid catalyst achieves an exceptional CO production rate of 3.1 mol·gRu -1·h-1 and selectivity over 98%. This mechanism shows universal applicability as demonstrated by the effective promotion of CO2 hydrogenation of Ru single sites by other typical hydrogen-spillover-active metal clusters, e.g., Pt and Pd clusters. This design concept liberates the potential to overcome the longstanding activity-selectivity trade-off in hydrogenation reactions.
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