Chlorine‐Coordinated Unsaturated Ni–N2 Sites for Efficient Electrochemical Carbon Dioxide Reduction

二氧化碳 催化作用 电化学 二氧化氯 还原(数学) 二氧化碳电化学还原 无机化学 化学 碳纤维 材料科学 环境化学 物理化学 电极 一氧化碳 有机化学 复合材料 复合数 数学 几何学
作者
Jian Song,Lei Xue,Jiali Mu,Jingwei Li,Xiangen Song,Yan Li,Yunjie Ding
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (52): e2304423-e2304423 被引量:18
标识
DOI:10.1002/smll.202304423
摘要

Abstract Heteroatom‐doping is an effective method for modifying the geometric symmetry of metal–nitrogen–carbon (M–N–C) single‐atom catalysts and thereby tuning the electronic structure. Up to now, most of the current reports have concentrated on introducing heteroatoms into the highly symmetrical M–N 4 structure. The coordination‐unsaturated M–N 2 structure is more sterically favorable for the insertion of alien atoms to optimize the electronic structure. Herein, a Ni–N 2 catalyst with out‐of‐plane coordinated chlorine (Cl) atoms (Ni–N 2 Cl/C) is successfully constructed on chlorine‐functionalized carbon supports (C–Cl) for an efficient carbon dioxide reduction reaction (CO 2 RR). Density functional theory calculations demonstrate that the prepared Ni–N 2 Cl/C catalyst exhibits a higher capability in balancing COOH* formation and CO* desorption. In addition, in situ Raman spectra confirm that the lower CO binding energy on the Ni–N 2 Cl/C facilitates CO escape, leading to excellent CO 2 RR performance. A high CO Faradaic efficiency (FE CO ) of more than 80% is achieved from −0.6 to −1.2 V versus reversible hydrogen electrode on the Ni–N 2 Cl/C and it exhibits negligible FE CO and current declination over a 40‐h stability test. Furthermore, a high turnover frequency (TOF) value of 15 808 h −1 is obtained, which is more than ten times that of Ni–N 2 /C (1476 h −1 ) without coordinated Cl atoms.
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