Non‐Interacting Ni and Fe Dual‐Atom Pair Sites in N‐Doped Carbon Catalysts for Efficient Concentrating Solar‐Driven Photothermal CO2 Reduction

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作者
Shengpeng Mo,Xinya Zhao,Shuangde Li,Lili Huang,Xin Zhao,Quanming Ren,Mingyuan Zhang,Ruosi Peng,Yanan Zhang,Xiaobin Zhou,Yinming Fan,Qinglin Xie,Yanbing Guo,Daiqi Ye,Yunfa Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (50) 被引量:55
标识
DOI:10.1002/anie.202313868
摘要

Solar-to-chemical energy conversion under weak solar irradiation is generally difficult to meet the heat demand of CO2 reduction. Herein, a new concentrated solar-driven photothermal system coupling a dual-metal single-atom catalyst (DSAC) with adjacent Ni-N4 and Fe-N4 pair sites is designed for boosting gas-solid CO2 reduction with H2 O under simulated solar irradiation, even under ambient sunlight. As expected, the (Ni, Fe)-N-C DSAC exhibits a superior photothermal catalytic performance for CO2 reduction to CO (86.16 μmol g-1 h-1 ), CH4 (135.35 μmol g-1 h-1 ) and CH3 OH (59.81 μmol g-1 h-1 ), which are equivalent to 1.70-fold, 1.27-fold and 1.23-fold higher than those of the Fe-N-C catalyst, respectively. Based on theoretical simulations, the Fermi level and d-band center of Fe atom is efficiently regulated in non-interacting Ni and Fe dual-atom pair sites with electronic interaction through electron orbital hybridization on (Ni, Fe)-N-C DSAC. Crucially, the distance between adjacent Ni and Fe atoms of the Ni-N-N-Fe configuration means that the additional Ni atom as a new active site contributes to the main *COOH and *HCO3 dissociation to optimize the corresponding energy barriers in the reaction process, leading to specific dual reaction pathways (COOH and HCO3 pathways) for solar-driven photothermal CO2 reduction to initial CO production.
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