Porosity Engineering Within Ni─N─C Hollow Spheres for Ampere‐Level CO 2 Reduction Electrocatalysis

材料科学 多孔性 电催化剂 球体 法拉第效率 纳米尺度 纳米技术 化学工程 工作(物理) 壳体(结构) 电流密度 氢 模板 碳纤维 选择性 催化作用 表面工程 比表面积 模板方法模式 分解水 纳米结构 流量(数学) 原子单位 电化学 碳纳米管 多孔介质
作者
Jiage Yu,W B Liu,Lu Bai,Benqiang Tian,Qingyi Zhu,Qianxi Yang,Linlin Zhou,Haoyang Wu,Yue Wang,Boyuan Li,Xiangrong Jin,Yun Kuang,Jiazhan Li,Xiaoming Sun
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (46): e74095-e74095
标识
DOI:10.1002/adma.74095
摘要

ABSTRACT CO 2 electroreduction typically requires large overpotentials to sustain high reaction rates, which at current densities approaching 1 A cm −2 inevitably intensify competition from the hydrogen evolution reaction (HER), making it difficult to simultaneously sustain high product selectivity (>95%). In this study, hollow Ni─NC (H‐Ni‐NC) was synthesized using nanoscale silica sphere templates and atomic Zn as a sacrificial pore‐former within the carbon shell. The optimized H‐Ni‐NC achieves a current density of −1.0 A cm −2 with over 95% CO Faradaic efficiency in a flow cell. The high performance was attributed to the hollow sphere architecture enriched with gas‐permeable through‐pores. Notably, the Zn dosage selectively modulates the shell through‐porosity, without altering hollow sphere macrostructure or the active‐site structure, thereby enabling a systematic investigation of porosity effects. Finite‐element simulations provide a qualitative framework suggesting a trade‐off between reactant transport and active surface area with increasing porosity in hollow spherical catalysts. This work underscores that engineering of the nanoscale mass‐transport environment surrounding active sites plays a critical role in designing high‐efficiency electrocatalysts.
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