Lewis Acid Site-Promoted Single-Atomic Cu Catalyzes Electrochemical CO2 Methanation

甲烷化 电化学 法拉第效率 电催化剂 密度泛函理论 金属 化学 催化作用 路易斯酸 氧化还原 无机化学 电极 物理化学 计算化学 有机化学
作者
Shenghua Chen,Bingqing Wang,Jiexin Zhu,Liqiang Wang,Honghui Ou,Zedong Zhang,Liang Xiao,Lirong Zheng,Liang Zhou,Yaqiong Su,Dingsheng Wang,Yadong Li
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:21 (17): 7325-7331 被引量:180
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.1c02502
摘要

Developing an efficient catalyst for the electrocatalytic CO2 reduction reaction (CO2RR) is highly desired because of environmental and energy issues. Herein, we report a single-atomic-site Cu catalyst supported by a Lewis acid for electrocatalytic CO2 reduction to CH4. Theoretical calculations suggested that Lewis acid sites in metal oxides (e.g., Al2O3, Cr2O3) can regulate the electronic structure of Cu atoms by optimizing intermediate absorption to promote CO2 methanation. Based on these theoretical results, ultrathin porous Al2O3 with enriched Lewis acid sites was explored as an anchor for Cu single atoms; this modification achieved a faradaic efficiency (FE) of 62% at −1.2 V (vs RHE) with a corresponding current density of 153.0 mA cm–2 for CH4 formation. This work demonstrates an effective strategy for tailoring the electronic structure of Cu single atoms for the highly efficient reduction of CO2 into CH4.
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