Single‐Product Faradaic Efficiency for Electrocatalytic of CO2 to CO at Current Density Larger than 1.2 A cm−2 in Neutral Aqueous Solution by a Single‐Atom Nanozyme

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作者
Jia‐Run Huang,Xiaofeng Qiu,Zhen‐Hua Zhao,Haolin Zhu,Yan‐Chen Liu,Wen Shi,Pei‐Qin Liao,Xiao‐Ming Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:61 (44) 被引量:86
标识
DOI:10.1002/anie.202210985
摘要

Electroreduction of CO2 to CO is a promising approach for the cycling use of CO2 , while it still suffers from impractical current density and durability. Here we report a single-atom nanozyme (Ni-N5 -C) that achieves industrial-scale performance for CO2 -to-CO conversion with a Faradaic efficiency (FE) exceeded 97 % over -0.8--2.4 V vs. RHE. The current density at -2.4 V vs. RHE reached a maximum of 1.23 A cm-2 (turnover frequency of 69.7 s-1 ) with an FE of 99.6 %. No obvious degradation was observed over 100 hours of continuous operation. Compared with the planar Ni-N4 site, the square-pyramidal Ni-N5 site has an increase and a decrease in the dz2${{{\rm d}}_{{z}^{2}}}$ and dxz/yz orbital energy levels, respectively, as revealed by density functional theory calculations. Thus, the Ni-N5 catalytic site is more superior to activate CO2 molecule and reduce the energy barriers as well as promote the CO desorption, thus boosting the kinetic activation process and catalytic activity.
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