Ultrahigh Mass Activity for Carbon Dioxide Reduction Enabled by Gold–Iron Core–Shell Nanoparticles

过电位 化学 纳米颗粒 合金 催化作用 浸出(土壤学) 化学工程 电化学 二氧化碳电化学还原 二氧化碳 选择性 纳米技术 物理化学 电极 材料科学 有机化学 土壤科学 土壤水分 工程类 环境科学 一氧化碳
作者
Kun Sun,Tao Cheng,Lina Wu,Yongfeng Hu,Jigang Zhou,Aimee Maclennan,Zhaohua Jiang,Yunzhi Gao,William A. Goddard,Zhijiang Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (44): 15608-15611 被引量:196
标识
DOI:10.1021/jacs.7b09251
摘要

Wide application of carbon dioxide (CO2) electrochemical energy storage requires catalysts with high mass activity. Alloy catalysts can achieve superior performance to single metals while reducing the cost by finely tuning the composition and morphology. We used in silico quantum mechanics rapid screening to identify Au-Fe as a candidate improving CO2 reduction and then synthesized and tested it experimentally. The synthesized Au-Fe alloy catalyst evolves quickly into a stable Au-Fe core-shell nanoparticle (AuFe-CSNP) after leaching out surface Fe. This AuFe-CSNP exhibits exclusive CO selectivity, long-term stability, nearly a 100-fold increase in mass activity toward CO2 reduction compared with Au NP, and 0.2 V lower in overpotential. Calculations show that surface defects due to Fe leaching contribute significantly to decrease the overpotential.

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