Integrative Ni 1 –P x Catalytic Pairs for Low‐Concentration CO 2 Electroreduction

电化学 催化作用 化学 选择性 吸附 电子转移 光化学 吸收光谱法 过渡金属 无机化学 红外光谱学 氧化还原 X射线吸收光谱法 电催化剂 吸收(声学) 反应机理 光谱学 多相催化 碳纤维 协同催化 反应中间体 组合化学 制氢
作者
Xiuwen Shi,Xiongyi Liang,Lingyue Liu,Fangxin Hu,Yuhang Liu,Yuhang Jin,Yu Yang,Tingting Zhao,Pingping Wang,Jie Ding,Xiao Cheng Zeng,Bin Liu,Hongbin Yang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:137 (52) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/ange.202518003
摘要

Abstract The electrochemical CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) powered by renewable electricity offers a promising approach for sustainable carbon utilization. However, under industrially relevant low CO 2 concentrations (5–15 vol.%), the efficiency and selectivity of electrochemical CO 2 RR are significantly constrained by the limited CO 2 supply and the competitive hydrogen evolution reaction (HER). Herein, we report integrative Ni 1 –P x catalytic pairs (Ni 1 –P x /ICPs) that exhibit super CO 2 ‐to‐CO conversion efficiency under low‐concentration CO 2 conditions. In situ attenuated total reflectance surface‐enhanced infrared absorption spectroscopy (ATR‐SEIRAS) and X‐ray absorption spectroscopy (XAS) measurements show that P incorporation modulates the electrochemical microenvironment and accelerates reaction kinetics. H/D isotopic substitution experiments and theoretical calculations unveil a mechanistic transition from an Eley–Rideal to Langmuir–Hinshelwood pathway, enabled by cooperative adsorption on adjacent Ni and P sites. Notably, a hydrogen‐bonded six‐membered Ni–C–O–H–O–P–Ni ring forms between adsorbed CO 2 and H 2 O, facilitating proton‐coupled electron transfer and lowering the reaction barrier. This unique adsorption motif enhances CO 2 activation, suppresses HER, and enables efficient CO generation at low CO 2 concentrations. Our findings show the importance of atomically dispersed catalytic pairs for advancing carbon utilization and overcoming selectivity challenges in electrochemical hydrogenation.
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