Large‐Current CO2 Electromethanation Through Active Hydrogen Regulation Over Carbon Nitride

材料科学 催化作用 制氢 化学工程 氢气储存 电子转移 剥脱关节 氮化碳 吸附 纳米技术 物理化学 化学 有机化学 光催化 石墨烯 工程类
作者
Tianxiang Yan,Yaxin Jin,Qun Fan,Hai Liu,Xindi Li,Tianying Zhang,Sheng Wang,Jianlong Lin,Haoyuan Chi,Sheng Zhang,Xinbin Ma
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202408600
摘要

Abstract Electromethanation of CO 2 has received intensive attention due to its high calorific value and convenient storage along with transportation to accommodate industrial demands. However, it is limited by sluggish multi‐step proton‐coupled electron transfer kinetics and undesired * H coupling under high current density, posing great challenges to its commercialization. Herein, carbon nitride (CN) with superior hydrogen adsorption ability is used as an active‐hydrogen adsorption and supply material. Through a facile liquid‐assisted exfoliation and electrostatic self‐assembly strategy to strengthen its interfacial contacts with Cu 2 O catalysts, yielding a strengthened CH 4 production 52 times higher than that of pristine Cu 2 O. Flow‐cell test ultimately achieved FE CH4 and remarkably CH 4 partial current density of 61% and 561 mA cm −2 , respectively. With in situ ATR‐FTIR spectra and DFT calculations, it is established that strengthened interfaces enabled abundant * H tethered by ─C─N═C─ sites in CN nanosheets and oriented to the * CO hydrogenation to * CHO and * CHx on Cu species. This work reveals the profound influence of fine‐expanded interfaces with dimensional materials on the product distribution and yield through the active‐hydrogen management, which is of reference value for other small‐molecule electro‐polarization dominated by the proton‐coupled electron transfer (PCET) process (e.g., N 2 , O 2 , etc.).
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