胡征/吴强/杨立军AFM：电流密度高达105~462 mA cm−2！分级Ni/N/C单位点实现高效CO2电还原为CO
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来源：催化开天地收集编辑：慕瑾
【做计算 找华算】理论计算助攻顶刊，10000+成功案例，全职海归技术团队、正版商业软件版权！ 化石燃料燃烧产生的过量CO2已经引起了严重的气候和环境问题，因此开发有效的技术来实现碳中和对人类社会的可持续发展至关重要。电化学CO2还原反应(CO2RR)被认为是一种可行的策略，可以以较低的成本将CO2转化为增值化学品/燃料。在各种CO2RR产品中，CO具有经济效益高、能耗低、纯度高以及无SOx和NOx污染等优点，具有大规模生产的技术经济可行性。在各种电催化剂中，非贵金属的M/N/C催化剂(SSCs)具有独特的d带电子分布，可以激活吸附的CO2产生CO，适合于低成本的大规模合成。然而，M/N/C SSC的FECO>90%的电位窗口相当狭窄，CO部分电流密度仍然低于工业水平。基于此，南京大学胡征、吴强和杨立军等采用Ni-ZIF-8包覆中间结构MgCO3·Mg(OH)2模板，然后进行热解制备h-Ni/N/C SSC以用于高效电催化CO2转化为CO。具有多孔层状结构的h-Ni/N/C提供了丰富的微孔用于形成许多具有高效能的边缘Ni-N4位点，以及相互连接的大孔/中孔用于CO2输送和CO释放。因此，h-Ni/N/C具有优良的催化活性，其在-0.6~1.3 V范围内的CO部分电流密度高达105~462 mA cm−2，并且其具有超宽的FECO电位窗口(>90%@−0.4~1.3 V)，这种优异的性能可以满足工业级的要求。实验结果表明，h-Ni/N/C复合材料的优异CO2RR性能可归因于其独特的多孔层状结构。考虑到H-Ni/N/C中丰富的微孔和边缘，通过密度泛函理论(DFT)计算了CO2RR和竞争性HER在边缘和平面Ni-N4位点的自由能变化，证明了Ni-N4位点在不同位置具有不同催化活性。此外，边缘高活性Ni-N4中心主要位于微孔(<2 nm)处，表明微孔对CO2转化为CO的贡献占主导地位。更重要的是，h-Ni/N/C sSCs的这种合成策略可以很容易地推广到其他H-M/N/C sSCs(M=Fe，Co，Cu)的制备，这为设计多孔分层的M/N/C sSCs用于涉及气体产物的能量转换反应提供了一种有效的方法。Hierarchical Ni/N/C Single-Site Catalyst Achieving Industrial-Level Current Density and Ultra-Wide Potential Plateau of High CO Faradic Efficiency for CO2 Electroreduction. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202214658【做计算 找华算】华算科技专注DFT代算服务、正版商业软件版权、全职海归计算团队，10000+成功案例！ 用户研究成果已发表在Nature Catalysis、JACS、Angew.、AM、AEM、AFM、EES等国际顶级期刊。添加下方微信好友，立即咨询：电话/微信：13129551561（华算科技-小川）