Nitrogen‐Doped Carbon Nanotube Arrays for High‐Efficiency Electrochemical Reduction of CO2: On the Understanding of Defects, Defect Density, and Selectivity

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作者
Pranav P. Sharma,Jingjie Wu,Ram Manohar Yadav,Mingjie Liu,Christopher J. Wright,Chandra Sekhar Tiwary,Boris I. Yakobson,Jun Lou,Pulickel M. Ajayan,Xiao‐Dong Zhou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:54 (46): 13701-13705 被引量:453
标识
DOI:10.1002/anie.201506062
摘要

Abstract Nitrogen‐doped carbon nanotubes (NCNTs) have been considered as a promising electrocatalyst for carbon‐dioxide‐reduction reactions, but two fundamental chemistry questions remain obscure: 1) What are the active centers with respect to various defect species and 2) what is the role of defect density on the selectivity of NCNTs? The aim of this work is to address these questions. The catalytic activity of NCNTs depends on the structural nature of nitrogen in CNTs and defect density. Comparing with pristine CNTs, the presence of graphitic and pyridinic nitrogen significantly decreases the overpotential (ca. −0.18 V) and increases the selectivity (ca. 80 %) towards the formation of CO. The experimental results are in congruent with DFT calculations, which show that pyridinic defects retain a lone pair of electrons that are capable of binding CO 2 . However, for graphitic‐like nitrogen, electrons are located in the π* antibonding orbital, making them less accessible for CO 2 binding.
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