Isolated Ni Atoms Enable Near-Unity CH4 Selectivity for Photothermal CO2 Hydrogenation

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作者
Fazal Raziq,Chengyang Feng,H. Miao,Shouwei Zuo,Mohammad Ziaur Rahman,Yayu Yan,Qiaohong Li,Jorge Gascón,Huabin Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (30): 21008-21016 被引量:26
标识
DOI:10.1021/jacs.4c05873
摘要

Photothermal hydrogenation of carbon dioxide (CO2) into value-added products is an ideal solution for addressing the energy crisis and mitigating CO2 emissions. However, achieving high product selectivity remains challenging due to the simultaneous occurrence of numerous competing intermediate reactions during CO2 hydrogenation. We present a novel approach featuring isolated single-atom nickel (Ni) anchored onto indium oxide (In2O3) nanocrystals, serving as an effective photothermal catalyst for CO2 hydrogenation into methane (CH4) with a remarkable near-unity (∼99%) selectivity. Experiments and theoretical simulations have confirmed that isolated Ni sites on the In2O3 surface can effectively stabilize the intermediate products of the CO2 hydrogenation reaction and reduce the transition state energy barrier, thereby changing the reaction path to achieve ultrahigh selective methanation. This study provides comprehensive insights into the design of single-atom catalysts for the highly selective photothermal catalytic hydrogenation of CO2 to methane.
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