Limiting the Uncoordinated N Species in M–Nx Single‐Atom Catalysts toward Electrocatalytic CO2 Reduction in Broad Voltage Range

掺杂剂 选择性 材料科学 碳纤维 催化作用 二氧化碳电化学还原 金属 无机化学 纳米技术 兴奋剂 一氧化碳 化学 有机化学 冶金 光电子学 复合材料 复合数
作者
Dawei Xi,Jiayi Li,Jingxiang Low,Keke Mao,Ran Long,Jiawei Li,Zehui Dai,Tianyi Shao,Yuan Zhong,Yu Li,Zibiao Li,Xian Jun Loh,Li Song,Enyi Ye,Yujie Xiong
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (25) 被引量:98
标识
DOI:10.1002/adma.202104090
摘要

Carbon-supported single-atom catalysts (SACs) are extensively studied because of their outstanding activity and selectivity toward a wide range of catalytic reactions. Amidst its development, excess dopants (e.g., nitrogen) are always required to ensure the high loading content of SACs on the carbon support. However, the use of excess dopants is accompanied by formation of miscellaneous structures (particularly the uncoordinated N species) on catalysts, leading to adverse effects on their performance. Herein, the synthesis of carbon-supported Ni SACs with precisely controlled single-atom structure via joule heating strategy, showing the coordination of 80% of N dopants with metal elements, is reported. The preclusion of the unfavorable N species is confirmed to be the main reason for the superior performance of optimized Ni SACs in electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction, which demonstrates unprecedented activity, selectivity, and stability under an exceptionally broad voltage range (>92% CO selectivity in the range of -0.7 to -1.9 V reversible hydrogen electrode). Such a synthetic strategy is further applicable for the design of SACs with various metals. This work demonstrates a facile method for preclusion of unfavorable dopants in the SACs and its importance in catalytic application.
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