Electroreduction of CO2 to CO on a Mesoporous Carbon Catalyst with Progressively Removed Nitrogen Moieties

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作者
Rahman Daiyan,Xin Tan,Rui Chen,Wibawa Hendra Saputera,Hassan A. Tahini,Emma C. Lovell,Yun Hau Ng,Sean C. Smith,Liming Dai,Xunyu Lu,Rose Amal
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:3 (9): 2292-2298 被引量:174
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.8b01409
摘要

In this study, we prepared nitrogen-removed mesoporous carbon (NRMC) catalysts by applying various heat treatments to nitrogen-doped mesoporous carbon (NMC), which were applied as novel electrocatalysts for CO 2 reduction reaction (CO 2 RR). With the nitrogen moieties being progressively removed, the NRMC catalysts exhibited enhanced CO generation from CO 2 RR, whereas the competing hydrogen evolution reaction (HER) has been suppressed. Through suitable annealing treatment, the defect-rich NRMC catalyst is able to convert CO 2 to CO with a Faradaic efficiency (FE CO ) of ∼80% and a partial current density for CO ( j CO ) of −2.9 mA cm –2 at an applied overpotential of 490 mV. Density functional theory (DFT) calculations further revealed the active sites within NRMC catalysts were the defects generated by N removal, which lowered the energy barriers for CO 2 RR and will not be passivated by hydrogen. These findings provide design guidelines to develop efficient carbon-based catalysts that can display metal-like, and even better, performances for potential scalable CO 2 RR to fuels and chemicals.
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