Axial chlorine coordinated iron-nitrogen-carbon single-atom catalysts for efficient electrochemical CO2 reduction

催化作用 过电位 双功能 电化学 化学 无机化学 碳纤维 选择性 法拉第效率 氧化还原 电催化剂 材料科学 物理化学 电极 有机化学 复合材料 复合数
作者
Zhao Li,Rui Wu,Shuhao Xiao,Yongchao Yang,Leo Lai,Jun Song Chen,Yuan Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:430: 132882-132882 被引量:101
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132882
摘要

Iron-nitrogen-carbon single-atom catalysts (Fe-N-C SACs) are promising low-cost catalysts for electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) to achieve carbon neutrality. However, their relatively low selectivity and activity are related to the strong binding of reaction intermediates (e.g., CO*) on single Fe atoms. Here, combining experimental and theoretical studies, we show that introducing axial chlorine (Cl) atom can modulate the electronic structure of Fe atoms in catalytically active FeN4 sites, which facilitates the desorption of CO* and inhibits the adsorption of H*, resulting in improved activity and selectivity in CO2RR. The Cl modified Fe-N-C SAC embedded in nitrogen-doped carbon nanosheets (FeN4Cl/NC) was synthesized in two steps: pyrolyzing Fe-loaded two-dimensional zeolite imidazole framework nanosheets and low-temperature incubation in hydrochloric acid solution. X-ray absorption spectroscopy results reveal that most atomically dispersed Fe atoms are coordinated with one axial Cl atom at 2.26 Å and four N atoms at 2.02 Å. The optimized FeN4Cl/NC exhibits a CO Faradaic efficiency of 90.5%, a high current density of 10.8 mA cm−2 at a low overpotential of 490 mV, and a high turnover frequency of 1566 h−1, one of the best among recently reported Fe-based CO2RR catalysts. FeN4Cl/NC was further applied as a bifunctional catalyst to construct rechargeable zinc-CO2 batteries, delivering a power density of 0.545 mW cm−2 with excellent stability over 15 h. Tailoring the coordination environment of metal atoms in M-N-C SACs by introducing axial atoms may be further extended as an efficient general approach to design advanced catalysts for various electrochemical applications, such as fuel cells, nitrogen fixation, and lithium-sulfur batteries.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
毛豆应助扭一扭泡一泡采纳,获得10
2秒前
Severus完成签到 ,获得积分10
4秒前
hillbert发布了新的文献求助10
4秒前
打屁飞发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
CH完成签到,获得积分10
6秒前
panda到家完成签到,获得积分10
7秒前
小木完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
小木发布了新的文献求助10
11秒前
北极星关注了科研通微信公众号
12秒前
大开口完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
lin发布了新的文献求助10
14秒前
米玉米完成签到,获得积分10
14秒前
songnvshi完成签到 ,获得积分10
16秒前
asdfqwer发布了新的文献求助10
16秒前
18秒前
20秒前
FashionBoy应助业余专家采纳,获得10
21秒前
123应助5114de采纳,获得10
21秒前
ding应助丘山采纳,获得100
22秒前
畜牧笑笑完成签到,获得积分10
24秒前
慕青应助atobezy采纳,获得10
24秒前
saikun发布了新的文献求助10
24秒前
nulinuli完成签到,获得积分10
24秒前
26秒前
hillbert发布了新的文献求助10
26秒前
开朗的夜阑完成签到,获得积分10
26秒前
27秒前
Umar发布了新的文献求助10
29秒前
DreamMaker完成签到,获得积分10
31秒前
葛二蛋完成签到,获得积分10
32秒前
不晚发布了新的文献求助10
33秒前
34秒前
清爽的绫完成签到,获得积分10
34秒前
上官若男应助shiyin采纳,获得10
35秒前
甜美鹤应助扭一扭泡一泡采纳,获得10
35秒前
自由冬亦完成签到,获得积分10
37秒前
彭于晏应助解靖宇采纳,获得10
38秒前
高分求助中
Licensing Deals in Pharmaceuticals 2019-2024 3000
Effect of reactor temperature on FCC yield 2000
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 1500
Very-high-order BVD Schemes Using β-variable THINC Method 1000
PraxisRatgeber: Mantiden: Faszinierende Lauerjäger 800
A new species of Coccus (Homoptera: Coccoidea) from Malawi 500
Mesopotamian Divination Texts: Conversing with the Gods 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3289467
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2926438
关于积分的说明 8427229
捐赠科研通 2597679
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1417284
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 659669
邀请新用户注册赠送积分活动 642133