西北工业大学AM：设计载体增强Ni单原子酸性还原CO2
学术
2024-12-30 20:37
上海
碳负载单原子催化剂在酸性CO2还原反应具有优异的性能。但是，传统的碳基载体难以构建高位点利用率，难以形成富含CO2的界面环境，而且目前人们对于单原子金属的结构变化和真实电催化反应条件的催化机理仍然不清楚。有鉴于此，西北工业大学潘富平教授、陈凯杰教授、段志遥教授等报道一种由微相分离嵌段共聚物衍生的互联的介孔碳纳米纤维和碳纳米片（IPCF@CS），能够提高Ni单原子的催化活性。要点1. IPCF@CS纳米结构中的介孔结构IPCF阻碍碳纳米片（CS）发生堆叠，能够提供更多的完全暴露活性位点，而且丰富的IPCF双连续介孔通道促进了CO2的顺利运输。这种独特的特性可以提高Ni的利用率和局部CO2富集，这是传统多孔碳纤维载体无法达到的效果。要点2. 原位X射线和FTIR表征，结合恒电位理论计算，发现CO2电化学还原反应中，平面Ni-N4结构动态畸变，形成Ni-N键扩展到面外的结构。施加电势导致产生形成低价态Ni-N4，具有增强的CO2活化和CO脱附的本征电动力学，同时阻碍HER副反应。由于原位调控的Ni位点和IPCF@CS载体，产生了较好的电子结构和界面反应环境，当电流密度为540 mA cm−2，法拉第效率达到~100%，TOF为55.5 s−1，在酸性电解CO2还原为CO的电催化还原反应，SPCE为89.2%。Haoyang Li, Lingzhe Fang, Ting Wang, Rui Bai, Jian Zhang, Tao Li, Zhiyao Duan, Kai-Jie Chen, Fuping Pan, In Situ Modulated Nickel Single Atoms on Bicontinuous Porous Carbon Fibers and Sheets Networks for Acidic CO2 Reduction, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202416337https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202416337
