Composition-Tuned Surface Binding on CuZn-Ni Catalysts Boosts CO2RR Selectivity toward CO Generation

选择性 催化作用 气凝胶 吸附 解吸 电催化剂 化学工程 氧化还原 化学 材料科学 无机化学 纳米技术 电极 物理化学 电化学 有机化学 工程类
作者
Jinxi Chen,Xiaofei Wei,Rongming Cai,Jiazheng Ren,Min Ju,Xiaoqing Lü,Xia Long,Shihe Yang
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:4 (3): 497-504 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.1c00832
摘要

The Cu/Zn ratio of the CuZn electrocatalyst is known to influence the selectivity of CO2RR, but questions remain open about how microstructure, crystal phase, and oxidation state of the metal ions change and interplay in the composition tuning process, which need to be carefully addressed for rational catalyst design. Toward this end, we designed and synthesized a series of CuZn-based aerogel materials with controlled Cu/Zn ratios and systematically investigated their effects on CO2RR catalysis. From both experimental results and theoretical calculations, we found that the introduction of Zn into Cu aerogel greatly promoted the production of CO primarily due to the unfavorable adsorption energy of *H. Surprisingly, the intake of trace Ni atoms further inhibited the H2 evolution reaction on account of the strong pinning of both *H and H2O* on the Ni sites. Therefore, the as-formed CuZn-Ni aerogel exhibited a much-improved catalytic activity and selectivity for CO generation with FE(CO) increased to 80% from 60%. This work gives insights into the surface adsorption–desorption characteristics underlying the activity and selectivity of electrocatalysts, which is of general importance for CO2RR.
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