全文概要
多伦多大学Edward H. Sargent、David Sinton团队 报道了一种通过等离子体溅射沉积法在碳载体上制备尺寸可控的金属镍纳米岛，用于电催化CO₂还原制备C₃⁺烃类。研究发现，当镍纳米岛尺寸减小至12 nm以下时，其表面呈现低配位、电子缺陷和晶格应变等特征，d带中心下移，导致CO吸附减弱，有利于中间体偶联与长链烃生成。最小尺寸约3.5 nm的纳米岛在C₃⁺烃类生成中的比活性相比块状镍提升120倍。CO剥离伏安法证实了小尺寸纳米岛上CO吸附更弱，有利于C–C耦合。尽管C₃⁺分电流密度仍较低（约0.1 mA cm⁻²），该研究明确了纳米粒子尺寸与金属-载体相互作用是提升CO₂至长链烃转化效率的关键设计参数。
本文要点
1. 尺寸效应显著： 镍纳米岛尺寸小于12 nm时，C₃⁺选择性显著提升；最小3.5 nm纳米岛比活性提升120倍，优于现有镍基催化剂。
2. 电子结构调控： XPS、UPS、XAS等表征显示小尺寸纳米岛表面电子耗尽，d带中心下移，*CO吸附减弱，有利于中间体耦合。
3. 结构表征支持： HRTEM与STEM揭示小尺寸纳米岛存在晶格应变与低配位位点，CO stripping实验证实*CO吸附更温和。
4. 机理与对比： DFT计算表明Ni–碳界面位点具有更平衡的吸附能；与铜催化剂相比，镍更倾向于通过*CHₓ插入路径生成C₃⁺产物。
5. 应用前景： 低金属负载量下实现高质量活性，为进一步提升C₃⁺产率与抑制析氢反应提供了新方向。
文献详情
Maral Vafaie, Rohan Dorakhan, Amin Morteza Najarian, et al. Direct Electrosynthesis of C₃⁺ Hydrocarbons from CO₂ via Size-Controlled Nickel Nanoislands on a Carbon Support, J. Am. Chem. Soc. (2025)
DOI: 10.1021/jacs.5c12052
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