In situ encapsulated Co3O4 nanoparticles into self-catalyzed grown CNTs for efficient CO2 conversion

原位 催化作用 纳米颗粒 八面体 化学工程 材料科学 电催化剂 吸附 纳米技术 氧化还原 限制 无机化学 电化学 化学 结晶学 电极 晶体结构 物理化学 有机化学 工程类 机械工程
作者
Anbang He,Yong Yang,Shuhui Tao,Xubing Zhou,An Wu,Qian Zhang,Changyuan Tao,Jun Du
出处
期刊:Fuel [Elsevier]
卷期号:358: 130057-130057 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2023.130057
摘要

Co3O4-based catalysts emerged as promising candidates for electrocatalytic CO2 reduction reaction (eCO2RR), while the unclear active sites and poor stability are challenging for the application of Co3O4 as an electrocatalyst. Here, we developed a feasible method to in situ encapsulate Co3O4 nanoparticles (NPs) into self-grown CNTs. Co3O4 NPs were elaborately controlled to terminate with the occupation Co2+Th/Co3+Oh sites (with Co2+ and Co3+ in the center of tetrahedral/octahedral cells). The well-dispersed Co atoms derived from ZIF-67 catalyzed the in situ assembly of CNTs, allowing controlled oxidation and growth into Co3O4 nanoparticles spatially confined by CNTs, resulting in Co3O4 highly-dispersed into hollow CNTs and well-protected. The enhanced electrocatalytic performance of Co2+Th was revealed with an onset potential of −0.24 V, and the CO production rate (131 μmol/s·g·cm2, −0.85 V vs. RHE) on Th-Co3O4/CNTs (exposed with Co2+Th sites) is 3.1 times of that on Oh-Co3O4/CNTs (exposed with Co3+Oh sites). DFT calculations demonstrated a significant reduction in the rate-limiting activation barrier of CO2, and Co2+Th was proved to be more active than Co3+Oh with elongated *CO-OH bonds. In situ ATR-SEIRAS confirmed that the enhanced CO2 adsorption and rapid formation of *COOH on Th-Co3O4/CNTs were key factors leading to efficient CO production. This work introduced a clear understanding of the eCO2RR performance of Co2+Th/Co3+Oh sites, along with a feasible approach for catalyst construction and protection.
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