Coordination Environment Engineering to Regulate the Adsorption Strength of Intermediates in Single Atom Catalysts for High‐performance CO2 Reaction Reduction

杂原子 催化作用 电催化剂 选择性 吸附 化学 兴奋剂 材料科学 结晶学 纳米技术 立体化学 无机化学 物理化学 电化学 有机化学 电极 戒指(化学) 光电子学
作者
Maohuai Wang,Ling‐Yan Kong,Xiaoqing Lü,Chi‐Man Lawrence Wu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (28)
标识
DOI:10.1002/smll.202310339
摘要

Abstract The modulation of the coordination environment of single atom catalysts (SACs) plays a vital role in promoting CO 2 reduction reaction (CO 2 RR). Herein, N or B doped Fe‐embedded graphyne (Fe‐GY), Fe‐nXGYm ( n = 1, 2, 3; X = N, B; m = 1, 2, 3), are employed as probes to reveal the effect of the coordination environment engineering on CO 2 RR performance via heteroatom doping in SACs. The results show that the doping position and number of N or B in Fe‐GY significantly affects catalyst activity and CO 2 RR product selectivity. In comparison, Fe‐1NGY exhibits high‐performance CO 2 RR to CH 4 with a low limiting potential of −0.17 V, and Fe‐2NGY3 is demonstrated as an excellent CO 2 RR electrocatalyst for producing HCOOH with a low limiting potential of −0.16 V. With applied potential, Fe‐GY, Fe‐1NGY, and Fe‐2NGY3 exhibit significant advantages in CO 2 RR to CH 4 while hydrogen evolution reaction is inhibited. The intrinsic essence analysis illustrates that heteroatom doping modulates the electronic structure of active sites and regulates the adsorption strength of the intermediates, thereby rendering a favorable coordination environment for CO 2 RR. This work highlights Fe‐nXGYm as outstanding SACs for CO 2 RR, and provides an in‐depth insight into the intrinsic essence of the promotion effect from heteroatom doping.

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