Plasmon‐Enhanced CO 2 Methanation over Au@Ru/TiO 2 via Nanoscale Control of Ru Shell Thickness

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作者
Florian Rathmann,IbrahiM Abdelsalam,Shiqi Wang,M. Kubik,Sana Frindy,Tiago Vinicius Alves,Mykhailo Chundak,Mikko Ritala,A. L. Reznichenko,Matti Reinikainen,Pedro H. C. Camargo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (52): e18748-e18748
标识
DOI:10.1002/anie.202518748
摘要

Plasmonic-catalytic nanostructures enable coupling light harvesting with chemical transformations, yet their performance critically depends on nanoscale architecture and metal-support interactions. Here, we synthesize Au@Ru core-shell nanoparticles with tunable Ru coverage and immobilize them on TiO2 to create hybrid catalysts for CO2 methanation. By controlling Ru shell thickness, we identifyAu60Ru40/TiO2, featuring a thin, discontinuous shell (∼2 nm Ru nanocrystallites), as the most active composition. This catalyst combines abundant Ru active sites with preservation of the Au core's localized surface plasmon resonance (LSPR). Under 545 nm illumination, it shows a 335% rate enhancement over dark conditions at 190 °C, outperforming commercial Ru/C and remaining stable for 85 h. Optical, structural, and kinetic analysis indicate that illumination accelerates the methanation without changing the rate-determining step, consistent with a dominant photothermal contribution. Density functional theory reveals that TiO2 induces strong metal-support interactions, upshifts the Ru d-band center, strengthens CO2 adsorption, and lowers the barrier for the first hydrogenation step, shifting the rate-limiting step to CH4 desorption. These results establish Au@Ru/TiO2 as an efficient platform for visible-light-assisted thermocatalysis and demonstrates that nanoscale shell engineering as a generalizable strategy to optimize plasmonic catalysts for CO2 hydrogenation and beyond.
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