Synergistic Interaction between the Ni-Center and Glycine-Derived N-Doped Porous Carbon Material Boosts Electrochemical CO2 Reduction

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作者
Jianguo Zhu,Thijs Mulder,Anna Rokicińska,Lucie M. Lindenbeck,Järi Van den Hoek,Remco W. A. Havenith,Ana V. Cunha,Piotr Kuśtrowski,Adam Slabon,Shoubhik Das,Pegie Cool
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (14): 10987-10997 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c00881
摘要

Electrochemical conversion of CO 2 into CO is highly attractive since CO is highly valuable for its wide use in organic synthesis as well as a fuel-type molecule. However, the selective formation of CO from CO 2 is highly sensitive to the variation of particle size, coordination number, and defects in the electrocatalyst. Considering this, we report a boosted electrochemical CO 2 reduction performance on a Ni, N-codoped hierarchical porous carbon material (Ni@MicroPNC) by exposing substantial active sites during the carbonization process by using ZnCl 2 as the porous template agent due to its relatively low boiling point. A particular advantage of our electrocatalyst is that the support (N-doped hierarchical porous carbon material) of the Ni-catalyst is synthesized by using glycine as a carbon precursor. To our observation, the as-prepared Ni@MicroPNC catalyst displayed a high CO faradaic efficiency (FE) of 92.8% with a high partial current density ( j co ) of 22.4 mA cm –2 and outstanding current density stability at −0.81 V (vs RHE) for 10 h. The suggested high CO selectivity and catalytic stability of Ni@MicroPNC are attributed to the synergistic effect of high specific surface area, optimized hierarchical structure, Ni, N codoping into the porous carbon material, and relatively weaker CO binding strength. Furthermore, DFT calculations indicate that the doped N atom interacted with the Ni center to lower the energy barrier of *CO desorption. This finding provides a facile strategy for the synthesis of low-cost and highly active nanoparticle-based electrocatalysts for a selective reduction of CO 2 into CO.
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