利用太陽光驅(qū)動(dòng)金屬簇(SMC)催化高溫化學(xué)反應(yīng)為低碳工業(yè)的發(fā)展帶來了希望，但金屬簇催化劑的制備和利用全光譜太陽能的能力較差。

在SMC的基礎(chǔ)上開發(fā)高效的光熱催化劑，以實(shí)現(xiàn)有效地利用太陽能的全光譜，是一個(gè)非常迫切又具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

近日，蘇州大學(xué)何樂、張曉宏和李超然等通過化學(xué)剝離法獲得了二維Mo₂TiC₂納米片，然后將Ru簇負(fù)載到Mo₂TiC₂上(Ru/Mo₂TiC₂)。

研究人員利用Ru/Mo₂TiC₂催化逆水煤氣變換(RWGS)反應(yīng)，結(jié)果顯示，在200°C-500°C內(nèi)，Ru/Mo₂TiC₂表現(xiàn)出比Ru-NP/Mo₂TiC₂更高的CO₂轉(zhuǎn)化率(通過金屬負(fù)載歸一化)和轉(zhuǎn)化程度；在Ru/Mo₂TiC₂、Ru-NP/Mo₂TiC₂和Ru/SiO₂催化劑上進(jìn)行了CO₂程序升溫脫附(TPD)實(shí)驗(yàn)，MXene為載體的樣品表現(xiàn)出增強(qiáng)的CO₂吸附和活化。

此外，在500°C下Ru/Mo₂TiC₂能夠連續(xù)運(yùn)行15小時(shí)且催化性能保持穩(wěn)定，而Ru-NP/Mo₂TiC₂和Ru/SiO₂均逐漸失活。

研究人員還展示了MXene負(fù)載Ru團(tuán)簇在自然光下的光熱CO₂催化。在太陽光照射下，Ru/Mo₂TiC₂的表面溫度在30秒內(nèi)迅速升高到360°C，這表明MXene支撐的團(tuán)簇具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能。

更重要的是，在光照5分鐘后，CO產(chǎn)生速率達(dá)到3.9 mol·g_Ru^-1·h^-1，CO選擇性為90%。

該項(xiàng)工作展示了金屬團(tuán)簇催化劑巨大的太陽能-化學(xué)能轉(zhuǎn)換潛力，并且其具有改進(jìn)的反應(yīng)性和完全由陽光驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)也促使其成為一種綠色和低能耗工業(yè)生產(chǎn)的熱門催化劑。

Mo₂TiC₂ MXene-Supported Ru Clusters for Efficient Photothermal Reverse Water–Gas Shift. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c10707