Heterogeneous Cobalt Phthalocyanine/Sulfur‐Modified Hollow Carbon Sphere for Boosting CO2 Electroreduction and Zn–CO2 Batteries

催化作用 材料科学 协调球 选择性 电化学 硫黄 酞菁 碳纤维 兴奋剂 Atom(片上系统) 光化学 物理化学 纳米技术 金属 电极 化学 有机化学 光电子学 冶金 复合材料 复合数 计算机科学 嵌入式系统
作者
Huijie Wang,Jiaye Zhu,Xuhui Ren,Yun Tong,Pengzuo Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (14) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/adfm.202312552
摘要

Abstract Tuning coordination environment of single‐atom catalysts (SACs) is widely applied for the electrochemical CO 2 reduction reaction (CO 2 RR). However, the influence of the interaction between SACs and support on the catalytic performance are not comprehensive. Herein, taking cobalt phthalocyanine (CoPc) as a conceptual example, a hetero S‐atom doping strategy of hollow carbon sphere (S‐NHC) is put forward as a carrier, revealing the intrinsic relationship between microenvironment regulation and catalytic activity of single Co‐atom. The additional S doping may induce more carbon defect and increases the content of pyrrolic N in the S‐NHC sample, leading to stronger electronic interaction of heterogeneous CoPc/S‐NHC for boosting CO 2 RR performance. Remarkably, the catalyst achieves a highest CO selectivity of nearly 100% at −0.6 V, and the FE CO are over 90% in a wide potential range from −0.4 to −0.8 V in a flow cell. The maximum power density is high as 2.68 mW cm −2 at 4.7 mA cm −2 for the Zn–CO 2 battery with CoPc/S‐NHC cathode. In situ attenuated total reflection infrared (ATR‐IR) spectroscopy reveals the formation of key *COOH and *CO intermediates, while the calculation result confirm the optimized Gibbs free energy of these intermediates on CoPc/S‐NHC, suggesting the feasibility of the regulation strategy.
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