Dopant Engineering of Isostructural Metal Nanoclusters for Modulating CO 2 Electroreduction

等结构 纳米团簇 掺杂剂 金属 材料科学 兴奋剂 电化学 法拉第效率 无机化学 结晶学 过渡金属 化学 人口 选择性 类金属 氧化还原 纳米颗粒 物理化学
作者
Guocheng Deng,Jiseon Kim,Qisheng Yan,Sejin Park,Seungwoo Yoo,Xiaolin Liu,Qing Hua Tang,Megalamane Siddaramappa Bootharaju,Yun Jeong Hwang,Taeghwan Hyeon
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (42): e7864662-e7864662
标识
DOI:10.1002/anie.7864662
摘要

ABSTRACT Achieving atomic‐level insight into how dopants regulate the electrocatalytic CO 2 reduction reaction (eCO 2 RR) of metal nanoparticles is challenging due to the lack of well‐defined, compositionally tunable, and structurally identical model systems. Herein, we report two isostructural nanoclusters: [Au 10 Ag 4 (DPPP) 5 Cl 4 ] 2+ ( Au 10 Ag 4 ) and [Au 9 Ag 2 Cu 3 (DPPP) 5 Cl 4 ] 2+ ( Au 9 Ag 2 Cu 3 ), which differ only in metal composition (Au─Ag vs. Au─Ag─Cu). Together with the isostructural monometallic [Au 14 (DPPP) 5 Br 4 ] 2+ ( Au 14 ), they serve as ideal platforms to elucidate dopant effects on eCO 2 RR. Electrochemical studies reveal that Ag doping ( Au 10 Ag 4 ) suppresses both CO selectivity and activity of Au 14 , whereas further Cu incorporation ( Au 9 Ag 2 Cu 3 ) not only enhances these metrics relative to Au 10 Ag 4 but also surpasses Au 14 . Specifically, Au 9 Ag 2 Cu 3 exhibits an enhanced CO Faradaic efficiency (FE CO , 73.7%−95.5%), exceeding that of Au 14 (63.6%−95.0%) and Au 10 Ag 4 (66.2%−79.5%), and its CO partial current densities were improved by 1.5‐ and 2.6‐fold compared to those of Au 14 and Au 10 Ag 4 , respectively. Theoretical calculations and in situ experiments reveal that Ag─Cu co‐doping lowers the energy barrier for * COOH formation and weakens CO binding, promoting CO 2 ‐to‐CO conversion. In contrast, Ag doping alone raises the energy barrier for * COOH formation and impedes CO desorption, diminishing catalytic activity. These findings provide atomistic insights into dopant‐regulated eCO 2 RR and inspire the rational design of advanced alloy electrocatalysts.
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