Local compressive strain regulation of atomically dispersed NiN4 sites for enhancing CO2 electroreduction to CO

催化作用 材料科学 Atom(片上系统) 抗压强度 氮气 碳纤维 拉伤 结晶学 纳米技术 化学 复合材料 有机化学 内科学 复合数 嵌入式系统 医学 生物化学 计算机科学
作者
Minghui Li,Dapeng Zhang,Kaifang Wu,Yuhang Liu,Peng Wang,Yonggang Cao,Jian Yang
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (38): 15700-15707 被引量:7
标识
DOI:10.1039/d3nr02573j
摘要

Electroreduction of CO2 to valuable chemicals powered by renewable electricity provides a sustainable approach to reduce the environmental issues originating from CO2 emission. However, insufficient current density and production selectivity hinder its further application. In this case, precisely regulating the CO2 reduction reaction (CO2RR) active sites is an excellent strategy to simultaneously reduce the reaction barrier and suppress the hydrogen evolution reaction (HER) pathway. Herein, the strain regulation of atomically dispersed NiN4 active sites is investigated in helical carbon. Ni-N coordination in the curved carbon lattice displays a reduced distance compared to that in a straight lattice, inflicting local compressive strain on NiN4. The resultant catalyst shows the highest CO selectivity of up to 99.4% at -1.4 V (vs. RHE), the FECO is maintained at over 85% over a wide potential range from -0.8 to -1.8 V (vs. RHE), and the maximum partial current density for CO reaches a high of 458 mA cm-2 at -1.8 V (vs. RHE). Theoretical investigations show the superior CO2 electroreduction performance of curved NiN4 stems from its remarkable ability to generate the *COOH intermediate and to suppress the hydrogen combination simultaneously. Our findings offer a novel strategy to rationally regulate the local three-dimensional structure of single-atom sites for efficient electrocatalysis.
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