Design of Single-Atom Co–N5 Catalytic Site: A Robust Electrocatalyst for CO2 Reduction with Nearly 100% CO Selectivity and Remarkable Stability

电催化剂 化学 催化作用 选择性 密度泛函理论 法拉第效率 解吸 Atom(片上系统) 无机化学 物理化学 电化学 计算化学 电极 吸附 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Yuan Pan,Rui Lin,Yinjuan Chen,Shoujie Liu,Wei Zhu,Xing Cao,Wenxing Chen,Konglin Wu,Weng‐Chon Cheong,Yu Wang,Lirong Zheng,Jun Luo,Yan Lin,Yunqi Liu,Chenguang Liu,Jun Li,Qi Lu,Xin Chen,Dingsheng Wang,Qing Peng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:140 (12): 4218-4221 被引量:1199
标识
DOI:10.1021/jacs.8b00814
摘要

We develop an N-coordination strategy to design a robust CO2 reduction reaction (CO2RR) electrocatalyst with atomically dispersed Co–N5 site anchored on polymer-derived hollow N-doped porous carbon spheres. Our catalyst exhibits high selectivity for CO2RR with CO Faradaic efficiency (FECO) above 90% over a wide potential range from −0.57 to −0.88 V (the FECO exceeded 99% at −0.73 and −0.79 V). The CO current density and FECO remained nearly unchanged after electrolyzing 10 h, revealing remarkable stability. Experiments and density functional theory calculations demonstrate single-atom Co–N5 site is the dominating active center simultaneously for CO2 activation, the rapid formation of key intermediate COOH* as well as the desorption of CO.
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