Leveraging the Intermetal Distance in Dual-Atom Catalysts: Revealing Optimized Synergistic Interactions for CO2 Electroreduction

催化作用 材料科学 Atom(片上系统) 对偶(语法数字) 密度泛函理论 纳米技术 化学物理 化学工程 化学 计算化学 计算机科学 有机化学 艺术 文学类 工程类 嵌入式系统
作者
Joonhee Ma,Wooseok Lee,Jae Hak Kim,Jae‐Min Jeong,Kyu-Min Jo,Si‐Young Choi,Seoin Back,Soo Young Kim
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c03160
摘要

Dual-atom catalysts (DACs) offer a potential to accelerate reaction kinetics and provide versatile active sites by the synergistic combination of two metal atoms. However, the effects of dual-atom configurations and interatomic distances on catalytic performance have yet to be thoroughly investigated. Herein, we report DACs composed of Cu/Ni species anchored on N-doped carbon (Cu/Ni-NC) for the electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR). The role of intermetal interactions as a function of atomic distance was systematically investigated through a combination of theoretical calculations and advanced experimental techniques, including aberration-corrected transmission electron microscopy (AC-HAADF-STEM) and X-ray absorption fine structure analysis (XAFS). Our findings reveal that a Cu-Ni atomic distance of ∼4.08 Å maximizes synergistic interactions between the two metals, significantly enhancing catalytic activity and CO selectivity. The resulting catalysts demonstrate a CO faradaic efficiency (FECO) of ∼100% at -0.9 V vs the reversible hydrogen electrode (RHE) in an H-type cell and 96.3% at -0.4 V vs RHE in the flow cell, outperforming other Cu/Ni configurations and single-metal counterparts.

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