Interatomic Electronegativity Offset Dictates Selectivity When Catalyzing the CO2 Reduction Reaction

电负性 材料科学 催化作用 选择性 化学工程 吸附 化学物理 纳米技术 无机化学 物理化学 化学 有机化学 工程类
作者
Jican Hao,Zechao Zhuang,Jiace Hao,Chan Wang,Shuanglong Lu,Fang Duan,Fangping Xu,Mingliang Du,Han Zhu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (26) 被引量:140
标识
DOI:10.1002/aenm.202200579
摘要

Abstract Achieving efficient efficiency and selectivity for the electroreduction of CO 2 to value‐added feedstocks has been challenging, due to the thermodynamic stability of CO 2 molecules and the competing hydrogen evolution reaction. Herein, a dual‐single‐atom catalyst consisting of atomically dispersed CuN 4 and NiN 4 bimetal sites is synthesized with electrospun carbon nanofibers (CuNi‐DSA/CNFs). Theoretical and experimental studies reveal the strong electron interactions induced by the electronegativity offset between the Cu and Ni atoms. The delicately averaged and compensated electronic structures result in an offset effect that optimizes the adsorption strength of the *COOH intermediate and boosts the CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) kinetics, notably promoting the intrinsic activity and selectivity of the catalyst. The CuNi‐DSA/CNFs catalyst exhibits an outstanding FE CO of 99.6% across a broad potential window of −0.78– −1.18 V (vs the reversible hydrogen electrode), a high turnover frequency of 2870 h –1 , and excellent durability (25 h). Furthermore, an aqueous Zn‐CO 2 battery for CO 2 power conversion is constructed. This atomic‐level electronegativity offset of the dual‐atom structures provides an appealing direction to develop advanced electrocatalysts for the CO 2 RR.
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