Optimizing the Electrocatalytic Selectivity of Carbon Dioxide Reduction Reaction by Regulating the Electronic Structure of Single‐Atom M‐N‐C Materials

材料科学 电化学 催化作用 选择性 二氧化碳电化学还原 电催化剂 Atom(片上系统) 金属 金属有机骨架 电子转移 纳米技术 碳纤维 光化学 物理化学 电极 化学 有机化学 一氧化碳 计算机科学 复合材料 冶金 复合数 嵌入式系统 吸附
作者
Tianmi Tang,Zhenlü Wang,Jingqi Guan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (19) 被引量:289
标识
DOI:10.1002/adfm.202111504
摘要

Abstract Electrochemical carbon dioxide reduction reaction (CO 2 RR) is an efficient strategy to relieve global environmental and energy issues by converting excess CO 2 from the atmosphere to value‐added products. Atomically dispersed metal‐nitrogen‐doped carbon (M‐N‐C) materials are superior catalysts for electrocatalytic CO 2 RR because of the 100% atomic utilization, unsaturated coordination configuration, relatively uniform active sites, and well‐defined and adjustable structure of active centers. However, the electrochemical CO 2 RR is a great challenge due to the process involving proton‐coupled multi‐electron transfer with a high energy barrier, which leads to unsatisfactory selectivity to the targeted product, especially for C2 products (e.g., C 2 H 4 and C 2 H 5 OH). Here, the authors systematically summarize effective means, including reasonable selection of isolated metal sites, regulation of the coordination environment of isolated metal atoms, and fabrication of dimetallic single‐atom sites for attaining optimal geometric and electronic structures of M‐N‐C materials and further correlate these structures with catalytic selectivity to various C1 (e.g., CO and CH 4 ) and C2 products in the CO 2 RR. Moreover, constructive strategies to further optimize M‐N‐C materials for electrocatalytic CO 2 RR are provided. Finally, the challenges and future research directions of the application of M‐N‐C materials for electrocatalytic CO 2 RR are proposed.
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