Highly Active Oxygen Coordinated Configuration of Fe Single‐Atom Catalyst toward Electrochemical Reduction of CO2 into Multi‐Carbon Products

催化作用 电化学 材料科学 碳纳米管 法拉第效率 产量(工程) 吸附 离子键合 氧气 电催化剂 二氧化碳电化学还原 碳纤维 Atom(片上系统) 化学工程 纳米技术 光化学 电极 物理化学 化学 有机化学 离子 一氧化碳 复合材料 工程类 复合数 嵌入式系统 计算机科学
作者
Keseven Lakshmanan,Wei‐Hsiang Huang,Soressa Abera Chala,Bereket Woldegbreal Taklu,Endalkachew Asefa Moges,Jyh‐Fu Lee,Pei‐Yu Huang,Yao‐Chang Lee,Meng‐Che Tsai,Wei‐Nien Su,Bing−Joe Hwang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (24) 被引量:83
标识
DOI:10.1002/adfm.202109310
摘要

Abstract Electrochemical reduction of carbon dioxide (CO 2 RR) into value‐added chemicals is a promising tactic to mitigate global warming. However, this process resists catalyst preparation, low faradaic efficiency (FE%) towards multi‐carbon products, and insights into mechanistic understanding. Indeed, it is demonstrated that this Fe single‐atom catalyst (Fe SAC) exists in three oxygen coordination of Fe–(O) 3 configuration in Nafion coated functionalized multi‐wall carbon nanotubes (Fe‐n‐f‐CNTs), which is obtained via a simple ionic exchange method under ambient conditions. The electrochemical performance reveals that Fe SACs achieve an FE of 45% and a yield rate of 56.42 µmol cm −2 h −1 at −0.8 V RHE for ethanol. In situ X‐ray analysis reveals that the Fe SACs have variable electronic states and keeps close +3 of the oxidation state at the potential range of CO 2 RR. The catalytic feature reduces the reaction energy and induces the electrons transferred to the adsorbed products intermediates of *COOH and *OCHO, thus promoting CO. The carboxylic functional group on the CNTs stabilizes the Fe active sites via electrostatic interaction, verified by density functional theory calculations. The yield rate of Fe SACs indicates that the Fe single‐atom site can instantly provide a large CO to help conversion of CO 2 ‐to‐C 2 product on the CNTs.
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