CO2和H2O的選擇性光催化轉化為高附加值C2H4還是一個很大的挑戰(zhàn)，主要原因是反應中間體的C-C偶聯和C2H4*中間體從催化劑表面解吸困難。 基于此，電子科技大學董帆教授等人報道了一種簡單的逐步光沉積策略，將Cu-Ag合金亞納米團簇（ASNCs）負載在TiO2上（記為CuxAg1-x/TiO2，x=0、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 at% Cu），并進行CO2光還原以產生C2H4。 優(yōu)化后的催化劑具有較高的C2H4生成速率（1110.6±82.5 μmol g?1 h?1）和選擇性（49.1±1.9%），對比現有的C2H4光合作用，提高了一個數量級。

通過DFT計算，作者研究了催化劑的電子結構，揭示了各個組分之間的相互作用。Cu-Ag合金/TiO2的電子定位函數（ELF）表明，Cu-Ag ASNCs與TiO2以共價鍵的形式相互作用，為Cu-Ag ASNCs與TiO2之間的界面電子傳遞提供了有效的電子通道。加載Ag后，Bader分析計算出Cu的電荷變化值為-0.05 e，表明Ag中的電子在Cu-Ag合金亞納米簇中傾向于向Cu遷移。 Cu-Ag合金/TiO2的功函數低于Cu/TiO2的功函數，但高于Ag/TiO2的功函數，說明在Cu-Ag ASNCs中，電子可以從Ag流向Cu。結果表明，在Cu-Ag ASNCs中，電子可以從Ag向Cu遷移，表明在太陽光照下，電子會聚集在Cu上，因此Cu很可能是CO2還原反應的活性位點。

此外，作者還研究了CO2在金屬助催化劑上的吸附性能。在結構優(yōu)化前，CO2中的C和O與Cu或Ag的距離相同。在結構優(yōu)化后，CO2中的O會吸附在Cu或Ag上，說明CO2中的O更容易吸附在Cu或Ag表面。 對于CO2在Cu-Ag合金/TiO2上的吸附，初始結構中CO2與Cu和Ag的距離相同，在結構優(yōu)化后，CO2會吸附在Cu上，說明CO2更容易吸附在Cu上。Cu-Ag合金/TiO2中Cu位點上的CO2吸附能遠高于Ag位點上的CO2吸附能，表明CO2在Cu-Ag ASNCs中Cu位點上具有更強的吸附穩(wěn)定性。結果表明，Cu是Cu-Ag ASNCs中CO2光還原過程的活性位點。

Boosted C-C coupling with Cu-Ag alloy sub-nanoclusters for CO2-to-C2H4 photosynthesis. PNAS, 2023, DOI: 10.1073/pnas.2307320120.

華算科技是專業(yè)的理論計算與科研測試解決方案服務商，為高校和企業(yè)的科研團隊提供材料、催化、能源、生物等領域的理論計算和測試表征解決方案。

華算科技已向國內外600多家高校/科研單位提供了超過10000項理論計算和測試表征服務，部分團隊研究成果已發(fā)表在Nature、Nature系列、Science子刊、AM系列、ACS系列、RSC系列、EES等國際頂級期刊。