Partially Nitrided Ni Nanoclusters Achieve Energy‐Efficient Electrocatalytic CO2 Reduction to CO at Ultralow Overpotential

过电位 纳米团簇 材料科学 渗氮 还原(数学) 化学工程 纳米技术 能量(信号处理) 冶金 电极 物理化学 化学 电化学 工程类 几何学 数学 统计 图层(电子)
作者
Runyao Zhao,Yiding Wang,Guipeng Ji,Jiajun Zhong,Fengtao Zhang,Meifang Chen,Shengrui Tong,Peng Wang,Zhonghua Wu,Buxing Han,Zhimin Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (5) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/adma.202205262
摘要

Electrocatalytic CO2 reduction reaction (CO2 RR) offers a promising strategy to lower CO2 emission while producing value-added chemicals. A great challenge facing CO2 RR is how to improve energy efficiency by reducing overpotentials. Herein, partially nitrided Ni nanoclusters (NiNx ) immobilized on N-doped carbon nanotubes (NCNT) for CO2 RR are reported, which achieves the lowest onset overpotential of 16 mV for CO2 -to-CO and the highest cathode energy efficiency of 86.9% with CO Faraday efficiency >99.0% to date. Interestingly, NiNx /NCNT affords a CO generation rate of 43.0 mol g-1 h-1 at a low potential of -0.572 V (vs RHE). DFT calculations reveal that the NiNx nanoclusters favor *COOH formation with lower Gibbs free energy than isolated Ni single-atom, hence lowering CO2 RR overpotential. As NiNx /NCNT is applied to a membrane electrode assembly system coupled with oxygen evolution reaction, a cell voltage of only 2.13 V is required to reach 100 mA cm-2 , with total energy efficiency of 62.2%.
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