Electron Localization‐Triggered Proton Pumping Toward Cu Single Atoms for Electrochemical CO2 Methanation of Unprecedented Selectivity

材料科学 甲烷化 电子转移 电合成 选择性 离解(化学) 电子 动力学同位素效应 解吸 法拉第效率 质子 光化学 无机化学 催化作用 电化学 质子耦合电子转移 化学物理 吸附 动力学 Pourbaix图 金属 反应中间体 电催化剂 电子供体 氧化剂 光电阴极 电子传输链 动能 电极
作者
Zhanhu Guo,Peng Zhou,Liqun Jiang,Shengqi Liu,Ying Yang,Zhengyi Li,Peidong Wu,Zehui Zhang,Hu Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (14): e2311149-e2311149 被引量:38
标识
DOI:10.1002/adma.202311149
摘要

Abstract Slow multi‐proton coupled electron transfer kinetics and unexpected desorption of intermediates severely hinder the selectivity of CO 2 methanation. In this work, a one‐stone‐two‐bird strategy of pumping protons and improving adsorption configuration/capability enabled by electron localization is developed to be highly efficient for CH 4 electrosynthesis over Cu single atoms anchored on bismuth vacancies of BiVO 4 (Bi 1‐x VO 4 ─Cu), with superior kinetic isotope effect and high CH 4 Faraday efficiency (92%), far outperforming state‐of‐the‐art electrocatalysts for CO 2 methanation. Control experiments and theoretical calculations reveal that the bismuth vacancies ( V Bi ) not only act as active sites for H 2 O dissociation but also induce electron transfer toward Cu single‐atom sites. The V Bi ‐induced electron localization pumps *H from V Bi sites to Cu single atoms, significantly promoting the generation and stabilization of the pivotal intermediate (*CHO) for highly selective CH 4 electrosynthesis. The metal vacancies as new initiators show enormous potential in the proton transfer‐involved hydrogenative conversion processes.
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