Coordination-based synthesis of Fe single-atom anchored nitrogen-doped carbon nanofibrous membrane for CO2 electroreduction with nearly 100% CO selectivity

选择性 静电纺丝 法拉第效率 碳纤维 电化学 分子 解吸 材料科学 化学工程 化学 无机化学 纳米技术 电极 物理化学 催化作用 有机化学 吸附 复合材料 聚合物 生物化学 复合数 工程类
作者
Xiujuan Wang,Yijie Wang,Luyun Cui,Wenqiang Gao,Xiao Li,Hong Liu,Weijia Zhou,Jingang Wang
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier]
卷期号:35 (12): 110031-110031 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2024.110031
摘要

Carbon-based materials with single-atom (SA) transition metals coordinated with nitrogen (M-Nx) have attracted extensive attention due to their superior electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) performance. However, the uncontrolled recombination of metal atoms during the typical high-temperature synthesis process in M-Nx causes deterioration of CO2RR activity. Herein, by using electrospinning, we propose a novel strategy for constructing a highly active and selective SA Fe-modified N-doped porous carbon fiber membrane catalyst (Fe-N-CF). This carbon membrane has an interconnected three-dimensional structure and a hierarchical porous structure, which can not only confine Fe to be single atom as active centers, but also provide a diffusion channel for CO2 molecules. Relying on its special structure and stable mechanical properties, Fe-N-CF is directly used for CO2RR, which presents an excellent selectivity (CO Faradaic efficiency of 97%) and stability. DFT calculations reveals that the synthesized Fe-N4-C can significantly reduce the energy barrier for intermediate COOH* formation and CO desorption. This work highlights the specific advantages of using electrospinning method to prepare the optimal SA catalysts.
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