易于合成层级多孔的Ni-N-C,以有效的CO2电还原到CO
Chong Zhou1, Rui Zhang1, Youwen Rong2
1Key Laboratory of Fundamental Chemistry of the State Ethnic Commission, School of Chemistry and Environment, Southwest Minzu University, Chengdu 610041, China.
ACS applied materials & interfaces
|August 31, 2023
概括
原子分散的--碳催化剂 (Ni-N-C) 可以促进电化学二氧化碳减排 (CO2RR). 优化的催化剂显示出高效率和电流密度,对工业二氧化碳转化有前途.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 设计原子分散的金属--碳站点是高效电化学二氧化碳还原反应 (CO2RR) 催化的关键.
- 层次性多孔的碳纳米结构为催化剂设计提供了优势,由于其高表面积和增强的质量/电子传输.
研究的目的:
- 在层次性多孔碳催化剂 (HP-Ni-NC) 上制造和评估原子分散的Ni-N位点,用于CO2RR.
- 研究这些催化剂在减少二氧化碳中的结构-活性关系.
主要方法:
- 合成HP-Ni-NC催化剂使用简单的NaCl模板辅助热解方法.
- 使用H电池和膜电极组件 (MEA) 电解剂,对CO2RR性能进行电化学表征.
- 分析催化剂结构,包括特定表面积和层次性孔隙性.
主要成果:
- 优化的HP-Ni-NC-2催化剂表现出卓越的CO2RR活性,在一个广泛的潜在窗口中保持超过90%的CO法拉第效率.
- 在H电池中在-0.9V (vs RHE) 时达到CO部分电流密度为15.2mA cm−2.
- 在MEA电解器中,在3.11V时达到250mA cm-2的高电流密度,表明商业应用潜力.
结论:
- NaCl模板辅助热解是一种有效的合成HP-Ni-NC催化剂的方法,具有原子分散的Ni-N位点.
- 层次性的多孔结构通过改善活性点暴露和质量/电子传输,显著提高了CO2RR的催化性能.
- 这些发现突显了单原子催化剂在多孔碳支器中的潜力,以实现高效和可扩展的二氧化碳转化.
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