设计催化剂以催化沿预期反应路径的反应，例如二氧化碳 （CO2） 甲烷化，已受到广泛关注，但仍然是一个巨大的挑战。 基于此，中国科学院过程工程研究所苏发兵研究员、徐文清研究员，中科院上海高等研究院李丽娜研究员报道了一种Ru1Ni单原子合金（SAA）催化剂（Ru1Ni SiO2），该催化剂由RuCl3与Ni纳米颗粒（Ni NPS）进行电取代反应制备。 RU1Ni SiO2催化剂对CO2加氢制CH4的选择性和催化活性（TOF值为4000 10-3 S-1）显著高于Ni SiO2催化剂（TOF值为4.）。40 10-3 S-1）和大多数已报道的NI基催化剂（TOF值为1。03 10-3至1100×10-3 s-1）。
VASP解读
通过DFT计算，研究了CO2在Ni和Ru1Ni SAA上加氢的可能反应途径，并计算了能量分布图。 首先，CO2 和 H2 分子在 Ni 位点 （IS） 平行吸收。 随后，在 Ni 位点生成 HCO* 中间体 （IS IM1 通过 TS1;能量基数为 093 ev）。将 CO2 分解成 Co* 和 O* 需要克服的能量障碍为 127 EV （IS IM2 via TS2），表明 CO2 在 Ni 位点更容易转化为 HCOo*，而不是解离为 CO*。 然后克服 HCO* 中间体106 EV（IM1、IM3 通过 TS3）分解为 CHO*。
对于Ru1Ni SAA，CO2中的两个O原子首先与Ru-Ni界面位点结合，H2吸附在Ni位点（IS）。 然后 CO2 继续氢化 HCOo*，这需要克服117 EV（通过 TS1 的 IM1）。 分解为 co* 只需要克服 093 EV 的能量势垒（通过 TS2 的 IS IM2）表明该反应可能遵循 CO* 途径。
对于 Ni，Co* 分子被吸附在 Ni 表面并与 H* 反应生成 Cho*（通过 TS1;能量基数为 164 ev）。所得的 CHO* 通过 TS2 与 H* 进一步反应生成 CH2O* （IM1 IM2;能量基数为 240 eV）可以通过CH3O*作为中间体转化为甲烷（IM4FS通过TS4;能量基数为 264 ev）。结果表明，在NI催化剂上，*CO路径比HCO*路径更有利于能量。
single-atom ru alloyed with ni nanoparticles boosts co2 methanation. small,, doi: ht-tps: