Ni Cluster‐Decorated Single‐Atom Catalysts Achieve Near‐Unity CO 2 ‐to‐CO Conversion with an Ultrawide Potential Window of ≈1.7 V

催化作用 星团(航天器) Atom(片上系统) 材料科学 窗口(计算) 纳米技术 化学 计算机科学 生物化学 操作系统 嵌入式系统 程序设计语言
作者
Yaqian Li,Xi Cao,Qingqing Chen,Rongrong Pan,Jian Zhang,Ge Meng,Yun Yang,Yapeng Li,Junjie Mao,Wei Chen,Junjie Mao,Wei Chen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (49): e2405367-e2405367 被引量:13
标识
DOI:10.1002/smll.202405367
摘要

Developing efficient electrocatalysts for CO2 reduction to CO within a broad potential range is meaningful for cascade application integration. In this work, hydrogen spillover is created and utilized to cultivate a proton-rich environment via the simple thermolysis of a Ni-doped Zn coordination polymer (Zn CPs (Ni)) to create asymmetric Ni single atoms co-located with adjacent Ni nanoclusters on nitrogen-doped carbon, termed as NiNC&SA/N-C, which expedites the hydrogenation of adsorbed CO2. Therefore, the sample demonstrates near-unity CO2-to-CO conversion efficiency under pH-universal conditions in ultra-wide potential windows: -0.39 to -2.05 V versus RHE with the current densities ranging from 0.1 to 1.0 A cm-2 in alkaline conditions, -0.83 to -2.40 V versus RHE from 0.1 to 0.9 A cm-2 in neutral environments, and -0.98 to -2.25 V versus RHE across 0.1 to 0.8 A cm-2 in acid conditions. Corresponding in situ measurements and density functional theory (DFT) calculations suggest that the enhanced H2O dissociation and more efficient hydrogen spillover on NiNC&SA/N-C (compared to NiSA/N-C) accelerate the protonation of adsorbed CO2 to form *COOH intermediates. This work emphasizes the significant role of proton spillover in CO2RR, opening novel avenues for designing high-performance catalysts applicable to various electrocatalytic processes.
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