Single‐Atom Anchored Curved Carbon Surface for Efficient CO2 Electro‐Reduction with Nearly 100% CO Selectivity and Industrially‐Relevant Current Density

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作者
Tianfu Wang,Jianghao Wang,Chenbao Lu,Kaiyue Jiang,Sui Yang,Zhouhong Ren,Jichao Zhang,Xi Liu,Liwei Chen,Xiaodong Zhuang,Jie Fu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (35) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adma.202205553
摘要

Although single metal atoms on porous carbons (PCs) are widely used in electrochemical CO2 reduction reaction, these systems have long relied on flat graphene-based models, which are far beyond reality because of abundant curved structures in PCs; the effect of curved surfaces has long been ignored. In addition, the selectivity generally decreases under high current density, which severely limits practical application. Herein, theoretical calculations reveal that a single-Ni-atom on a curved surface can simultaneously enhance the total density of states around Fermi level and decrease the energy barrier for *COOH formation, thereby enhancing catalytic activity. This work reports a rational molten salt approach for preparing PCs with ultra-high specific surface area of up to 2635 m2 g-1 . As determined by cutting-edge techniques, a single Ni atom on a curved carbon surface is obtained and used as a catalyst for electrochemical CO2 reduction. The CO selectivity reaches up to 99.8% under industrial-level current density of 400 mA cm-2 , outperforming state-of-the-art PC-based catalysts. This work not only offers a new method for the rational synthesis of single atom catalysts with strained geometry to host rich active sites, but also provides in-depth insights for the origin of catalytic activity of curved structure-enriched PC-based catalysts.
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