Electron Localization‐Triggered Proton Pumping Toward Cu Single Atoms for Electrochemical CO2 Methanation of Unprecedented Selectivity

材料科学 甲烷化 电子转移 电合成 选择性 解吸 光化学 催化作用 电化学 吸附 物理化学 电极 化学 生物化学 冶金
作者
Zaiping Guo,Peng Zhou,Liqun Jiang,Shengqi Liu,Ying Yang,Zhengyi Li,Peidong Wu,Zehui Zhang,Hu Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (14) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/adma.202311149
摘要

Abstract Slow multi‐proton coupled electron transfer kinetics and unexpected desorption of intermediates severely hinder the selectivity of CO 2 methanation. In this work, a one‐stone‐two‐bird strategy of pumping protons and improving adsorption configuration/capability enabled by electron localization is developed to be highly efficient for CH 4 electrosynthesis over Cu single atoms anchored on bismuth vacancies of BiVO 4 (Bi 1‐x VO 4 ─Cu), with superior kinetic isotope effect and high CH 4 Faraday efficiency (92%), far outperforming state‐of‐the‐art electrocatalysts for CO 2 methanation. Control experiments and theoretical calculations reveal that the bismuth vacancies ( V Bi ) not only act as active sites for H 2 O dissociation but also induce electron transfer toward Cu single‐atom sites. The V Bi ‐induced electron localization pumps *H from V Bi sites to Cu single atoms, significantly promoting the generation and stabilization of the pivotal intermediate (*CHO) for highly selective CH 4 electrosynthesis. The metal vacancies as new initiators show enormous potential in the proton transfer‐involved hydrogenative conversion processes.
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