Low‐Coordinated Ni Single Atom Catalyst with Carbon Coordination for Efficient CO 2 Electroreduction

材料科学 催化作用 Atom(片上系统) 碳纤维 碳原子 电催化剂 无机化学 纳米技术 结晶学 物理化学 电化学 电极 有机化学 化学 烷基 复合数 计算机科学 复合材料 嵌入式系统
作者
Wenli Sun,Shilong Liu,Hongfei Sun,Hongyan Hu,Jiazhou Li,Lingzhi Wei,Ziqi Tian,Qianwang Chen,Jianwei Su,Liang Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (26) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/aenm.202500283
摘要

Abstract In essence, electrocatalytic CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) process for the CO 2 ‐to‐CO conversion involves two critical reactive intermediates: *COOH and *CO. The trade‐off between the adsorption of *COOH and the desorption of *CO is challenging for Ni‐based CO 2 RR catalysts. The high‐valence Ni site is inadequate in supplying sufficient electrons for CO 2 activation and subsequent adsorption of *COOH; conversely, the metallic Ni site with abundant electron exhibits excessively strong π‐backbonding with *CO, thus hindering its desorption. Here, the study reports a low‐coordinated Ni single atom catalyst (SAC) characterized by a low‐coordinated structure with carbon coordination, thereby engineering a moderate electron depletion at its Ni sites. This Ni SAC achieves a high selectivity for CO production up to 99.1% in H‐cell. Additionally, it maintains an ultrahigh CO selectivity near 100% across a broad range of current densities in flow cell, coupled with sustained stability at a large current of 250 mA cm −2 for 20 h. Both in situ characterization results and density functional theory (DFT) calculations confirm the dual functionality of this low‐coordinated structure, as it enhances the adsorption of *COOH while concurrently facilitating the subsequent desorption of *CO, thus greatly promoting the overall CO 2 RR process.
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