Functionalized Ag with Thiol Ligand to Promote Effective CO2 Electroreduction

硫醇 配体(生物化学) 电催化剂 催化作用 选择性 电化学 吸附 材料科学 氧化还原 合理设计 组合化学 化学 无机化学 电极 纳米技术 物理化学 有机化学 受体 生物化学
作者
Junmei Chen,Xiaoqing Liu,Shibo Xi,Tianyu Zhang,Zhihe Liu,Jiayi Chen,Lei Shen,Sibudjing Kawi,Lei Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (9): 13982-13991 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c03512
摘要

It is challenging while critical to develop efficient catalysts that can achieve both high current density and high energy efficiency for electrocatalytic CO2 reduction (CO2R). Herein, we report a strategy of tailoring the surface electronic structure of an Ag catalyst via thiol ligand modification to improve its intrinsic activity, selectivity, and further energy efficiency toward CO2R. Specifically, interconnected Ag nanoparticles with residual thiol ligands on the surface were prepared through electrochemical activation of a thiol-ligand-based Ag complex. When it was used as a catalyst for CO2R, the thiol-ligand modified Ag exhibited high CO selectivity (>90%) throughout a wide electrode-potential range; furthermore, high cathodic energy efficiencies of >90% and >70% were obtained for CO formation at high current densities of 150 and 750 mA cm-2, respectively, outperforming the state-of-the-art Ag-based electrocatalysts for CO2 to CO conversion. The first-principle calculations on the reaction energetics suggest that the binding energies of the key intermediate -*COOH on Ag are optimized by the adsorbed thiol ligand, thus favoring CO formation while suppressing the competing H2 evolution. Our findings provide a rational design strategy for CO2 reduction electrocatalyst by electronic modulation through surface-adsorbed ligands.
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