Enhancement of Mass Transfer for Facilitating Industrial‐Level CO2 Electroreduction on Atomic NiN4 Sites

材料科学 法拉第效率 介孔材料 选择性 密度泛函理论 化学工程 传质 电化学 催化作用 电极 物理化学 热力学 化学 计算化学 有机化学 物理 工程类
作者
Baotong Chen,Boran Li,Ziqi Tian,Wenbo Liu,Wenping Liu,Weiwei Sun,Kang Wang,Liang Chen,Jianzhuang Jiang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (40) 被引量:74
标识
DOI:10.1002/aenm.202102152
摘要

Abstract Herein, an active catalyst A‐Ni@CMK is developed with the atomically dispersed NiN 4 moieties on the mesoporous carbon for the electrocatalytic CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) through a step‐by‐step pore‐filling synthetic strategy. Concretely, the as‐synthesized catalyst A‐Ni@CMK exhibits outstanding catalytic performance for CO 2 RR in the H‐cell with a Faradaic efficiency of CO (FE CO ) > 80% in a wide electrochemical potential window (−0.5 to −0.9 V vs RHE) and a large CO partial current density ( j CO ) of 24 and 51 mA cm −2 at −0.6 and −0.8 V versus RHE, respectively. Notably, j CO for A‐Ni@CMK can further reach the industrial‐level values of 366 mA cm −2 at −0.8 V versus RHE, respectively, with the FE CO > 95% in the flow cell, surpassing those for all the thus far reported NiNC catalysts and representing one of the best values for the catalysts for CO 2 RR. Moreover, comparative experimental studies in combination with density functional theory calculations demonstrate that the intrinsic high activity of the atomic NiN 4 sites towards CO 2 RR results in high selectivity. Nevertheless, the mesoporous channels favor the mass transmission for both reactant CO 2 and gas‐product CO, which in turn enhances the reaction kinetics, leading to the improved overall performance of the as‐prepared A‐Ni@CMK catalyst for CO 2 ‐to‐CO conversion.
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