Coordination engineering of the hybrid Co-C and Co-N active sites for efficient catalyzing CO2 electroreduction

电负性 化学 催化作用 法拉第效率 密度泛函理论 Atom(片上系统) 金属 吸附 电化学 无机化学 结晶学 计算化学 物理化学 有机化学 电极 嵌入式系统 计算机科学
作者
Huiyuan Cheng,Zihao Fan,Xuemei Wu,Manman Feng,Wentao Zheng,Guangping Lei,Xiangcun Li,Fujun Cui,Gaohong He
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:405: 634-640 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2021.10.011
摘要

Single-atom catalysts (SACs) with well-defined active sites provide an efficient route for catalyzing CO2 reduction reaction (CO2RR). Although enormous attention has been focused on metal-Nx moieties, understanding the effect of metal-C coordination and engineering of the hybrid metal-N/C sites have rarely been reported. Herein, we fabricated Co SACs with tunable isolated Co-N5-xCx (x = 1, 2, 3) sites supported on porous carbon frameworks. Benefiting from the difference in electronegativity of the coordinated N and C atoms, the CO Faradaic efficiency (FECO) enhanced considerably from 54% to 76% and 92% at −0.8 V vs. RHE for Co-N4C1, Co-N3C2, and Co-N2C3, respectively. Further density functional theory (DFT) calculations uncover that the increased ratio of Co-C coordination induced electron enrichment of Co atoms and upper-shift the d-band center to near Fermi level, and thus favorably promotes the electron-donating ability of Co centers and strengthens the adsorption of *COOH.
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