Experimentelle und computergestützte Untersuchung von Au25-Clustern und CO2: Eine einzigartige Wechselwirkung und verbesserte elektrokatalytische Aktivität

Atomar präzise, intrinsisch geladene Au(25)-Cluster sind ein spannendes Potenzial für die Förderung katalytisch herausfordernder Reaktionen, und wir haben die Wechselwirkung zwischen CO(2) und Au(25) untersucht. Experimentelle Ergebnisse zeigen eine umkehrbare Au(25)-CO(2)-Wechselwirkung, die spektroskopische und elektrochemische Veränderungen hervorrief, die denen bei der Clusteroxidation ähnlich sind. Modellierungen mit Dichtefunktionaltheorie (DFT) deuten darauf hin, dass diese Veränderungen aus einer CO(2)-induzierten Umverteilung der Ladung innerhalb des Clusters resultieren. Die Identifizierung dieser spontanen Kopplung führte zur Anwendung von Au(25) als Katalysator für die elektrochemische Reduktion von CO(2) in wässriger Phase. Au(25) förderte die CO(2) → CO-Reaktion innerhalb von 90 mV des formalen Potentials (thermodynamische Grenze) und stellte eine ungefähre Verbesserung von 200-300 mV im Vergleich zu größeren Au-Nanopartikeln und massiven Au dar. Die maximale CO(2)-Umwandlung trat bei -1 V (vs RHE) mit einer Effizienz von ungefähr 100% und einer Rate von 7-700 mal höher als bei größeren Au-Katalysatoren und 10-100 mal höher als bei aktuellen hochmodernen Prozessen auf.