Boosting faradaic efficiency of CO2 electroreduction to CO for Fe−N−C single-site catalysts by stabilizing Fe3+ sites via F-doping

法拉第效率 催化作用 兴奋剂 氧化还原 材料科学 可逆氢电极 无机化学 电化学 化学 纳米技术 电极 物理化学 冶金 光电子学 有机化学 参比电极
作者
Yiqun Chen,Guochang Li,Yu Zeng,Yan Li-jie,Xizhang Wang,Lijun Yang,Qiang Wu,Zheng Hu
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (9): 7896-7902 被引量:49
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4441-0
摘要

The atomically dispersed Fe3+ sites of Fe−N−C single-site catalysts (SSCs) are demonstrated as the active sites for CO2 electroreduction (CO2RR) to CO but suffer from the reduction to Fe2+ at ∼ −0.5 V, accompanied by the drop of CO faradaic efficiency (FECO) and deterioration of partial current (JCO). Herein, we report the construction of F-doped Fe−N−C SSCs and the electron-withdrawing character of fluorine could stabilize Fe3+ sites, which promotes the FECO from the volcano-like highest value (88.2%@−0.40 V) to the high plateau (> 88.5%@−0.40–−0.60 V), with a much-increased JCO (from 3.24 to 11.23 mA·cm−2). The enhancement is ascribed to the thermodynamically facilitated CO2RR and suppressed competing hydrogen evolution reaction, as well as the kinetically increased electroactive surface area and improved charge transfer, due to the stabilized Fe3+ sites and enriched defects by fluorine doping. This finding provides an efficient strategy to enhance the CO2RR performance of Fe−N−C SSCs by stabilizing Fe3+.
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