Self‐Supported Nickel Single Atoms Overwhelming the Concomitant Nickel Nanoparticles Enable Efficient and Selective CO2 Electroreduction

材料科学 石墨烯 纳米颗粒 催化作用 金属 电极 选择性 纳米技术 无机化学 电催化剂 电化学 化学工程 物理化学 冶金 化学 有机化学 工程类
作者
Shujin Shen,Cheng Han,Bing Wang,Yingde Wang
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:8 (20) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/admi.202101542
摘要

Abstract Self‐supported metal/nitrogen‐doped carbon (M‐N‐C) catalysts with unitary single‐atom (SA) sites are highly desired to facilitate the electrocatalysis industrialization. Nevertheless, the concomitance of metal nanoparticles (NPs) enclosed by graphene layers is commonly inevitable and results in structure heterogeneity. Herein, an electronic structure modulation strategy of inactivating nickel (Ni) NPs to maximize Ni SAs for highly efficient and selective carbon dioxide reduction reaction (CO 2 RR) within a facilely prepared self‐supported Ni NPs/SAs‐containing catalyst is reported. The side effect of Ni NPs is effectively inhibited by finely tuning the encapsulating graphene layers thickness to block electrons penetration. The optimized catalyst exhibits a nearly 100% selectivity of CO production under moderate working potentials of −0.6– −0.8 V (vs reversible hydrogen electrode) and produces a partial current density of 341 mA cm −2 when directly used as a gas diffusion electrode for CO 2 RR. The authors’ discoveries provide fresh insights into the design and scalable preparation of self‐supported M‐N‐C catalysts with unitary single‐atom active sites for CO 2 RR aiming at industrialization.
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