Hydrogen radical-boosted electrocatalytic CO2 reduction using Ni-partnered heteroatomic pairs

还原(数学) 电催化剂 化学 材料科学 计算机科学 电化学 物理化学 有机化学 电极 数学 几何学
作者
Zhibo Yao,Hao Cheng,Yifei Xu,Xinyu Zhan,Song Hong,Xinyi Tan,Tai‐Sing Wu,Pei Xiong,Y. L. Soo,Molly Meng‐Jung Li,Leiduan Hao,Liang Xu,Alex W. Robertson,Bingjun Xu,Ming Yang,Zhenyu Sun
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 9881-9881 被引量:84
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53529-2
摘要

The electrocatalytic reduction of CO2 to CO is slowed by the energy cost of the hydrogenation step that yields adsorbed *COOH intermediate. Here, we report a hydrogen radical (H•)-transfer mechanism that aids this hydrogenation step, enabled by constructing Ni-partnered hetero-diatomic pairs, and thereby greatly enhancing CO2-to-CO conversion kinetics. The partner metal to the Ni (denoted as M) catalyzes the Volmer step of the water/proton reduction to generate adsorbed *H, turning to H•, which reduces CO2 to carboxyl radicals (•COOH). The Ni partner then subsequently adsorbs the •COOH in an exothermic reaction, negating the usual high energy-penalty for the electrochemical hydrogenation of CO2. Tuning the H adsorption strength of the M site (with Cd, Pt, or Pd) allows for the optimization of H• formation, culminating in a markedly improved CO2 reduction rate toward CO production, offering 97.1% faradaic efficiency (FE) in aqueous electrolyte and up to 100.0% FE in an ionic liquid solution.
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