High‐Rate CO2 Electrolysis to Formic Acid over a Wide Potential Window: An Electrocatalyst Comprised of Indium Nanoparticles on Chitosan‐Derived Graphene

电催化剂 双功能 石墨烯 催化作用 法拉第效率 电解 纳米颗粒 电化学 吸附 甲酸 化学工程 材料科学 无机化学 电极 化学 纳米技术 电解质 物理化学 有机化学 工程类
作者
Jiahui Bi,Pengsong Li,Jiyuan Liu,Yong Wang,Xinning Song,Xinchen Kang,Xiaofu Sun,Qinggong Zhu,Buxing Han
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:135 (36) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/ange.202307612
摘要

Abstract Realizing industrial‐scale production of HCOOH from the CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) is very important, but the current density as well as the electrochemical potential window are still limited to date. Herein, we achieved this by integration of chemical adsorption and electrocatalytic capabilities for the CO 2 RR via anchoring In nanoparticles (NPs) on biomass‐derived substrates to create In/X−C (X=N, P, B) bifunctional active centers. The In NPs/chitosan‐derived N‐doped defective graphene (In/N‐dG) catalyst had outstanding performance for the CO 2 RR with a nearly 100 % Faradaic efficiency (FE) of HCOOH across a wide potential window. Particularly, at 1.2 A ⋅ cm −2 high current density, the FE of HCOOH was as high as 96.0 %, and the reduction potential was as low as −1.17 V vs RHE. When using a membrane electrode assembly (MEA), a pure HCOOH solution could be obtained at the cathode without further separation and purification. The FE of HCOOH was still up to 93.3 % at 0.52 A ⋅ cm −2 , and the HCOOH production rate could reach 9.051 mmol ⋅ h −1 ⋅ cm −2 . Our results suggested that the defects and multilayer structure in In/N‐dG could not only enhance CO 2 chemical adsorption capability, but also trigger the formation of an electron‐rich catalytic environment around In sites to promote the generation of HCOOH.
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