Single Ni atoms with higher positive charges induced by hydroxyls for electrocatalytic CO2 reduction

还原(数学) 电催化剂 材料科学 结晶学 化学物理 化学 电极 物理化学 电化学 几何学 数学
作者
Xiao Yang,Jun Cheng,Baizeng Fang,Xiaoxu Xuan,Niu Liu,Xiàn Yáng,Junhu Zhou
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (35): 18437-18445 被引量:36
标识
DOI:10.1039/d0nr04391e
摘要

To promote the faradaic efficiency of the electrocatalytic CO2 reduction reaction (CO2RR) with low-cost catalysts, single Ni atoms with higher positive charges induced by hydroxyls were proposed to form an atomically dispersed Ni-N4 structure in a cheap honeycomb-like carbon matrix for electrocatalytic CO2 reduction. Extended X-ray absorption fine structure spectroscopy, aberration-corrected High-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy measurements confirmed that the active-center structure consists of single Ni atoms and the adjacent hydroxyl via hydrothermal treatment (H-Ni/NC). Density functional theory calculations indicated that the isolated Ni atoms with higher positive charges induced by the hydroxyl decreased the free energy of the rate-limiting step to 1.05 eV for the CO2RR. The faradaic efficiency (FE) of CO2 reduction into CO was ≥88.0% over the H-Ni/NC catalyst in the potential range of -0.5 to -0.9 V (vs. RHE). The peak CO FE reached 97% at -0.7 V due to the synergistic effect between the unsaturated Ni-N4 active sites and the hydroxyl species.
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