Precisely Constructing Orbital Coupling-Modulated Dual-Atom Fe Pair Sites for Synergistic CO2 Electroreduction

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作者
Ying Wang,Byoung Joon Park,Vinod K. Paidi,Rui Huang,Yechan Lee,Kyung‐Jong Noh,Kug‐Seung Lee,Jeong Woo Han
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:7 (2): 640-649 被引量:204
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.1c02446
摘要

Electrochemical reduction of CO2 (CO2RR) provides an attractive pathway to achieve a carbon-neutral energy cycle. Single-atom catalysts (SAC) have shown unique potential in heterogeneous catalysis, but their structural simplicity prevents them from breaking linear scaling relationships. In this study, we develop a feasible strategy to precisely construct a series of electrocatalysts featuring well-defined single-atom and dual-site iron anchored on nitrogen-doped carbon matrix (Fe1–N–C and Fe2–N–C). The Fe2–N–C dual-atom electrocatalyst (DAC) achieves enhanced CO Faradaic efficiency above 80% in wider applied potential ranges along with higher turnover frequency (26,637 h–1) and better durability compared to SAC counterparts. Furthermore, based on in-depth experimental and theoretical analysis, the orbital coupling between the iron dual sites decreases the energy gap between antibonding and bonding states in *CO adsorption. This research presents new insights into the structure–performance relationship on CO2RR electrocatalysts at the atomic scale and extends the application of DACs for heterogeneous electrocatalysis and beyond.
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