Stabilizing highly active atomically dispersed NiN4Cl sites by Cl‐doping for CO2 electroreduction

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作者
Li Zhao,Xueqiang Qi,Junjie Wang,Zhaozhao Zhu,Jinxia Jiang,Xiaobin Niu,Andreu Cabot,Jun Song Chen,Rui Wu
出处
期刊:SusMat [Wiley]
卷期号:3 (4): 498-509 被引量:50
标识
DOI:10.1002/sus2.148
摘要

Abstract Nickel‐nitrogen‐carbon single‐atom catalysts have attracted widespread interest for CO 2 electroreduction but they suffer from poor stability. Herein, we report on the preparation of Cl‐ and N‐doped porous carbon nanosheets with atomically dispersed NiN 4 Cl active sites (NiN 4 Cl‐ClNC) through a molten‐salt‐assisted pyrolysis strategy. The optimized NiN 4 Cl‐ClNC catalyst delivers exceptional CO 2 conversion activity with outstanding stability for over 220 h at −0.7 V versus RHE and a high CO Faradaic efficiency of 98.7% at a CO partial current density of 12.4 mA cm ‒2 . Moreover, NiN 4 Cl‐ClNC displays a remarkable CO partial current density of approximately 349.4 mA cm −2 in flow‐cell, meeting the requirements of industrial applications. Operando attenuated total reflectance surface‐enhanced infrared absorption spectroscopy and density functional theory calculations are used to understand the outstanding activity and stability. Results reveal that the introduced axial Ni‐Cl bond on the Ni center and Cl─C bond on the carbon support synergetically induce electronic delocalization, which not only stabilizes Ni against leaching but also facilitates the formation of the COOH* intermediate that is found to be the rate‐determining step.
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