Near‐ and Long‐Range Electronic Modulation of Single Metal Sites to Boost CO2 Electrocatalytic Reduction

材料科学 配体(生物化学) 催化作用 吸附 电催化剂 Atom(片上系统) 航程(航空) 金属 电化学 电极 物理化学 化学 冶金 嵌入式系统 复合材料 受体 生物化学 计算机科学
作者
Chenghong Hu,Yue Zhang,Anqian Hu,Yajing Wang,Xiaoming Wei,Kui Shen,Liyu Chen,Yingwei Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (19) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/adma.202209298
摘要

Tuning the electronic structure of the active center is effective to improve the intrinsic activity of single-atom catalysts but the realization of precise regulation remains challenging. Herein, a strategy of "synergistically near- and long-range regulation" is reported to effectively modulate the electronic structure of single-atom sites. ZnN4 sites decorated with axial sulfur ligand in the first coordination and surrounded phosphorus atoms in the carbon matrix are successfully constructed in the hollow carbon supports (ZnN4 S1 /P-HC). ZnN4 S1 /P-HC exhibits excellent performance for CO2 reduction reaction (CO2 RR) with a Faraday efficiency of CO close to 100%. The coupling of the CO2 RR with thermodynamically favorable hydrazine oxidation reaction to replace oxygen evolution reaction in a two-electrode electrolyzer can greatly lower the cell voltage by 0.92 V at a current density of 5 mA cm-2 , theoretically saving 46% of energy consumption. Theoretical calculation reveals that the near-range regulation with axial thiophene-S ligand and long-range regulation with neighboring P atoms can synergistically lead to the increase of electron localization around the Zn sites, which strengthens the adsorption of *COOH intermediate and therefore boosts the CO2 RR.
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