Ni Single Atoms/Fe3N Nanoparticles Supported by N‐Doped Carbon Hollow Nanododecahedras with Nanotubes on the Surface for Efficient Electro‐Reduction of CO2 to CO

材料科学 碳化 催化作用 吸附 纳米颗粒 选择性 可逆氢电极 电催化剂 电子转移 碳纤维 过渡金属 化学工程 纳米技术 无机化学 电极 电化学 物理化学 化学 工作电极 复合数 有机化学 工程类 复合材料
作者
Qi‐Ni Zhan,Hong Zhang,Chen‐Jin Huang,Huimin Xu,Ting‐Yu Shuai,Hong‐Rui Zhu,Gao‐Ren Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (7): e2410723-e2410723 被引量:18
标识
DOI:10.1002/smll.202410723
摘要

Abstract The transition metal single atoms (SAs)‐based catalysts with M‐N X coordination environment have shown excellent performance in electrocatalytic reduction of CO 2 , and they have received extensive attention in recent years. However, the presence of SAs makes it very difficult to efficiently improve the coordination environment. In this paper, a method of direct high‐temperature pyrolysis carbonization of ZIF‐8 adsorbed with Ni 2+ and Fe 2+ ions is reported for the synthesis of Ni SAs and Fe 3 N nanoparticles (NPs) supported by the N‐doped carbon (NC) hollow nanododecahedras (HNDs) with nanotubes (NTs) on the surface (Ni SAs/Fe 3 N NPs@NC‐HNDs‐NTs). The synergistic effect between Ni SAs and Fe 3 N NPs can obviously improve the proton‐coupled electron transfer step of CO 2 reduction reaction and promotes the process of electrocatalytic reduction of CO 2 to CO. The fabricated Ni SAs/Fe 3 N NPs@NC‐HNDs‐NTs exhibits a high CO selectivity of up to 94% in the potential range of −0.41–−0.81 V versus Reversible Hydrogen Electrode (vs RHE), and an optimal CO Faraday efficiency (FE CO ) of ≈97.31% at −0.68 V (vs RHE) in the reduction reaction CO 2 to CO. In the theoretical calculation results, due to the non‐bonding synergy effect between Ni SAs and Fe 3 N NPs, the free energy of * COOH formation is greatly reduced and the adsorption of * CO is obviously improved, which will efficiently promote the conversion between the intermediates in the reaction step and accelerate electro‐reduction process of CO 2 . This work will provide a new method for constructing a mutually optimized coordination environment between Ni SAs and Fe 3 N NPs to improve the catalytic performance of CO 2 RR by synergistic complementarity between the dual active sites.
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