CO Intermediate‐Assisted Dynamic Cu Sintering During Electrocatalytic CO2 Reduction on Cu−N−C Catalysts

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作者
Yanyang Qin,Wenshan Zhao,Chenfeng Xia,Li‐Juan Yu,Fei Song,Jianrui Zhang,Tiantian Wu,Rui Cao,Shujiang Ding,Bao Yu Xia,Yaqiong Su
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (23): e202404763-e202404763 被引量:53
标识
DOI:10.1002/anie.202404763
摘要

The electrochemical CO2 reduction reaction (eCO2RR) to multicarbon products has been widely recognized for Cu-based catalysts. However, the structural changes in Cu-based catalysts during the eCO2RR pose challenges to achieving an in-depth understanding of the structure-activity relationship, thereby limiting catalyst development. Herein, we employ constant-potential density functional theory calculations to investigate the sintering process of Cu single atoms of Cu-N-C single-atom catalysts into clusters under eCO2RR conditions. Systematic constant-potential ab initio molecular dynamics simulations revealed that the leaching of Cu-(CO)x moieties and subsequent agglomeration into clusters can be facilitated by synergistic adsorption of H and eCO2RR intermediates (e.g., CO). Increasing the Cu2+ concentration or the applied potential can efficiently suppress Cu sintering. Both microkinetic simulations and experimental results further confirm that sintered Cu clusters play a crucial role in generating C2 products. These findings provide significant insights into the dynamic evolution of Cu-based catalysts and the origin of their activity toward C2 products during the eCO2RR.
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