Enriching Metal–Oxygen Species and Phosphate Modulating of Active Sites for Robust Electrocatalytical CO2 Reduction

电化学 催化作用 材料科学 可逆氢电极 无机化学 金属 氧气 选择性 电极 化学工程 光化学 化学 参比电极 物理化学 光电子学 有机化学 冶金 工程类
作者
Bo Zhang,Yuan Chang,Panlong Zhai,Chen Wang,Junfeng Gao,Licheng Sun,Jungang Hou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (46): e2304379-e2304379 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adma.202304379
摘要

Direct electrochemical reduction of CO2 (CO2 RR) into value-added chemicals is a promising solution to reduce carbon emissions. The activity of CO2 RR is influenced deeply by the reaction microenvironment and electronic properties of the catalysts. Herein, the surface PO4 3- anions are tuned to modulate the local microenvironment and the electronic properties of the indium-based catalyst with abundant metal-oxygen species enabling efficient electrochemical conversion of CO2 to HCOO- . Indium nanoparticles coupled with PO4 3- anions (PO4 3- -In NPs) achieve a high selectivity of HCOO- up to 91.4% at a low potential of -0.98 V versus reversible hydrogen electrode (versus RHE) and a high HCOO- partial current density of 279.3 mA cm-2 at -1.1 V versus RHE in the electrochemical flow cell. In situ and ex situ characterizations confirm the PO4 3- anions keep stable on the surface of indium during CO2 RR, accelerating the generation of OCHO* intermediate. From density functional theory calculations, PO4 3- anions enrich the metal-oxygen species on the substrate to optimize the electronic structure of the catalysts and induce a local microenvironment with massive K+ ions on the interface, thus reducing the activation energy barrier of CO2 RR.
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