Selective CO2‐to‐CO Conversion Enabled by Ultrathin Nitrogen‐Modified Graphene Confined Cobalt–Cobalt Oxide Nanocomposites with Prominent Electron Synergy

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作者
Qingyuan Bi,Rui Luo,Mengqi Zeng,Xinyue Deng,Jinyu Wang,Weiju Hao,Keyan Hu,Jinchen Fan,Guisheng Li,Fuqiang Huang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (24) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adfm.202315079
摘要

Abstract Developing and fabricating cost‐effective materials for efficient thermocatalytic reduction of CO 2 to CO under mild conditions is a promising and practical way to sustainable and green low‐carbon energy systems, which remains a challenge. Herein, a facile high‐temperature pyrolysis strategy for the synthesis of efficient ultrathin nitrogen‐modified graphene confined cobalt oxide (CoO x @NG) nanocomposites with prominent electron synergistic effect on inner Co─CoO core and confinement of N‐modified graphene shell is reported. The electronic and/or geometric structures of active metallic Co and coordinatively unsaturated CoO species are modulated by the graphene confinement effect. The electron‐rich N dopant in the graphene shell enhances the surface electron density of the catalyst, thus regulating the adsorption of acidic CO 2 molecules. The engineered CoO x @NG shows an outstanding selective CO 2 ‐to‐CO efficiency, with a conversion of 19.5% and a near full CO selectivity at 523 K as well as excellent stability for 150 h on stream. Moreover, the in‐depth insights into the material microstructure, electron synergy, structure‐activity relationships, key intermediate species, and a three‐step reaction mechanism involving the rate‐determining step of C═O bond cleavage for critical *C═O species via 13 CO 2 isotope and in situ spectroscopy are also demonstrated.
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