CoxNi1−x nanoalloys on N-doped carbon nanofibers: Electronic regulation toward efficient electrochemical CO2 reduction

化学 法拉第效率 电催化剂 催化作用 电化学 纳米纤维 静电纺丝 纳米技术 化学工程 兴奋剂 物理化学 电极 材料科学 有机化学 聚合物 光电子学 工程类
作者
Wenbiao Zhang,Jiachang Zeng,Hongguang Liu,Zhangping Shi,Yi Tang,Qingsheng Gao
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:372: 277-286 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2019.03.014
摘要

Electronic modulation on catalysts is vital to improve the efficiency of electrochemical CO2 reduction reactions (CO2RR). Herein, CoxNi1−x nanoalloys supported by N-doped carbon nanofibers (CoxNi1−x/N-C NFs) are constructed and regulated via facile electrospinning procedures followed by pyrolysis, to efficiently catalyze CO2 reduction toward CO. The modulated electronic configuration is experimentally and theoretically evidenced in CoxNi1−x along with varied composition and interactions. The d-band center up-shifts with increasing Co in CoxNi1−x nanoalloys, leading to obvious variation in the binding energy of key intermediates (*COOH, *CO and *H, * denotes a surface active site) and the reaction free energy (△G). Among the CoxNi1−x, the Co0.75Ni0.25 features the lowest △G (positive) to generate *COOH and desorb *CO, and the highly negative △G*H, indicating the promoted CO2RR but prohibited hydrogen evolution. As expected, the optimal Co0.75Ni0.25/N-C NFs afford a high CO Faradaic efficiency of 85.0% and a current density of −13.4 mA cm−2 at −0.9 V vs. RHE in 0.5 M NaHCO3, performing at the high-level of noble-metal-free electrocatalysts. Elucidating efficient electrocatalysis over well-tailored alloys, our work will open up new opportunities for exploring high-performance materials used in sustainable energy conversion.
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