A Graphene‐Supported Single‐Atom FeN5 Catalytic Site for Efficient Electrochemical CO2 Reduction

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作者
Huinian Zhang,Jing Li,Shibo Xi,Yonghua Du,Xiao Hai,Junying Wang,Haomin Xu,Gang Wu,Jia Zhang,Jiong Lu,Junzhong Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:58 (42): 14871-14876 被引量:441
标识
DOI:10.1002/anie.201906079
摘要

Electrochemical conversion of CO2 into valued products is one of the most important issues but remains a great challenge in chemistry. Herein, we report a novel synthetic approach involving prolonged thermal pyrolysis of hemin and melamine molecules on graphene for the fabrication of a robust and efficient single-iron-atom electrocatalyst for electrochemical CO2 reduction. The single-atom catalyst exhibits high Faradaic efficiency (ca. 97.0 %) for CO production at a low overpotential of 0.35 V, outperforming all Fe-N-C-based catalysts. The remarkable performance for CO2 -to-CO conversion can be attributed to the presence of highly efficient singly dispersed FeN5 active sites supported on N-doped graphene with an additional axial ligand coordinated to FeN4 . DFT calculations revealed that the axial pyrrolic nitrogen ligand of the FeN5 site further depletes the electron density of Fe 3d orbitals and thus reduces the Fe-CO π back-donation, thus enabling the rapid desorption of CO and high selectivity for CO production.
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