北交大王熙Angew.：TiO2纳米片中的单原子或双原子：电催化尿素合成的最佳选择？

作为新兴材料，单原子和双原子催化剂在电催化领域得到了广泛的报道。回答关键问题：单原子和双原子催化剂，哪种对电催化尿素合成更好？

基于此，北京交通大学王熙教授（通讯作者）等人报道了通过空位锚定策略设计了两种类型的催化剂：单原子Pd₁-TiO₂和双原子Pd₁Cu₁-TiO₂纳米片。

其中，Pd₁Cu₁-TiO₂具有超高合成尿素的活性，达到了为166.67 mol_urea mol_Pd-1 h^-1，在-0.5 V下的法拉第效率（FE）为22.54%，远远高于Pd₁-TiO₂。

通过DFT计算，以进一步揭示Pd₁Cu₁-TiO₂上可能的CO₂和N₂吸附位点。Bader电荷分析表明，N₂分子中有一个富电子的N原子，CO₂分子中有一个缺电子的C原子。从Pd₁Cu₁-TiO₂中可以看出，Pd₁Cu₁双原子部分为缺电子区，可与N₂中富电子的N原子相匹配。

因此，Pd₁Cu₁双原子位点和Pd₁Cu₁-TiO₂中的电负性O_V分别通过电子相互作用使N₂和CO₂的目标吸附成为可能。此外，通过计算得出Pd₁Cu₁-TiO₂对*N₂和*CO₂的吸附能远低于Pd₁-TiO₂，证明了双原子催化剂在促进目标吸附和N₂-CO₂偶联方面的优势。

作者还研究了Pd₁Cu₁-TiO₂和Pd₁-TiO₂催化剂可能的反应途径。在Pd₁Cu₁-TiO₂上的尿素反应由吸收的N₂和CO₂开始，随后分解为Pd-N₂和*COOH，其中Pd₁和O_V分别作为活性位点被吸附。

本文还计算了Pd₁Cu₁-TiO₂在没有N₂吸附的情况下对CO₂RR的两条路径，Pd₁作为CO₂的活性位点，从*CO₂到*CO的总吉布斯自由能（∆G）为0.636 eV。

在N₂吸收作用下，Pd₁为N₂的活性位点，O_v为CO₂RR的活性位点，∆G较低，为0.412 eV，与后续放热*NCON的形成有关。

Single-Atom or Dual-Atom in TiO₂ Nanosheet: Which is the Better Choice for Electrocatalytic Urea Synthesis？Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202216835.

https://doi.org/10.1002/anie.202216835.