Regulating *OCHO Intermediate as Rate‐Determining Step of Defective Oxynitride Nanosheets Enabling Robust CO2 Electroreduction

材料科学 掺杂剂 催化作用 可逆氢电极 格式化 法拉第效率 氧气 甲酸 氮气 密度泛函理论 化学工程 无机化学 电化学 光电子学 电极 兴奋剂 物理化学 化学 计算化学 工作电极 有机化学 工程类
作者
Bo Zhang,Yuan Chang,Yunzhen Wu,Zhaozhong Fan,Panlong Zhai,Chen Wang,Junfeng Gao,Licheng Sun,Jungang Hou
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (27) 被引量:60
标识
DOI:10.1002/aenm.202200321
摘要

Abstract The electrochemical conversion of CO 2 into hydrocarbons is an important approach to store sustainable energy and address climate concerns. However, it is a huge challenge to unearth a promising model for elucidating the role of dopants and vacancies on catalysts upon CO 2 electroreduction. Herein, porous indium oxynitride nanosheets with simultaneous incorporation of nitrogen dopant and oxygen vacancy (V o ‐N‐InON) are reported for achieving efficient CO 2 conversion to formic acid (HCOOH). As a result, the catalyst exhibits an extremely high formate selectivity of 95.1% at a low potential of −0.8 V versus reversible hydrogen electrode (RHE) compared with pristine In 2 O 3 , V o ‐In 2 O 3 , and InN, delivering a large partial current density of 121.1 mA cm –2 for formate production at −1.13 V versus RHE in the flow cell. Density functional theory calculations reveal that the generation of *OCHO intermediate is the rate‐determining step. The synergistic effect between nitrogen dopants and oxygen vacancies contributes to the activation of CO 2 , facilitates the charge transfer, and reduces the reaction free energy of *OCHO protonation. This work not only discloses a fundamental understanding of synergistic effects between nitrogen dopants and oxygen vacancies to improve catalytic performance, but also provides an effective platform toward CO 2 conversion.
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