对电化学CO2减少的轴氧协调单原子位点的光谱分析
Yachen Deng1,2, Jian Zhao1, Shifu Wang1,3
1State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, P. R. China.
这项研究表明,与氧气 (O-Sn-N4) 协调的Sn(IV) -N4部分是选择性电化学二氧化碳减少到酸的关键,达到89.4%的效率. 在反应过程中确定了表面锡碳酸盐物种.
科学领域:
- 电催化
- 材料科学
- 表面化学
背景情况:
- 锡基材料对电化学二氧化碳减排反应 (CO2RR) 有希望.
- 了解催化中间体和表面物种对于优化CO2RR至关重要.
- 单原子催化剂为机械研究提供了明确的结构.
研究的目的:
- 开发明确的单原子催化剂作为CO2RR的模型系统.
- 调查催化剂结构与二氧化碳减少到酸的选择性/活性之间的相关性.
- 在反应条件下识别关键表面物种并确定电子/协调结构.
主要方法:
- 合成单原子催化剂
- 电化学测量 (法拉第效率,部分电流密度).
- 操作光谱 (XAS,ATR-SEIRAS,拉曼,119Sn Mössbauer) 的研究.
- 密度函数理论 (DFT) 的计算.
主要成果:
- 最佳的甲酸 (HCOOH) 法拉达效率为89.4%和部分电流密度为74.8mA·cm-2在-1.0V与RHE相比,得到了O-Sn-N4部分.
- 在CO2RR期间捕获了与表面结合的双碳酸盐物种.
- 通过降低化能障碍,DFT计算显示了首选的Sn-O-CO2形成,促进了CO2到HCOOH的转化.
结论:
- 在二氧化碳降解为酸的高选择性和活性方面,O-Sn-N4部分至关重要.
- 表面的锡碳酸盐在催化机制中起作用.
- 该研究提供了对单原子锡催化剂的CO2RR机制的基本见解,指导了未来的催化剂设计.
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