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?高研院Small:NS@Ag HF在2 A cm?2下高效還原CO2

?高研院Small:NS@Ag HF在2 A cm?2下高效還原CO2
電還原CO2制取CO是一種很有前途的溫室氣體資源利用途徑,但它仍然存在電流密度不切實際和耐久性差的問題。
基于此,中科院上海高等研究院魏偉研究員和陳為研究員等人報道了電化學表面重構在銀中空纖維(Ag HF)表面形成的納米片殼(NS)(即NS@Ag HF)。制備的NS@Ag HF作為氣體穿透電極,在2.0 A cm?2的超高電流密度下,CO的法拉第效率(FE)高達97%,可以連續工作200 h。
?高研院Small:NS@Ag HF在2 A cm?2下高效還原CO2
通過DFT計算,作者研究了參與CO2還原的關鍵中間體的能量變化。作者在Ag(111)平面上構建具有正常和收縮Ag-Ag鍵的模型電極表面,分別代表光滑表面和納米片立表面電極。利用離散傅立葉變換(DFT)計算確定了納米片立表面模型的本征電子特性,包括帶結構和態密度。
裸納米片立表面模型和含*COOH的納米片立表面模型的PDOS相對于費米能級的位置都比光滑表面模型高,表明反鍵態移動高,占用率低,導致催化劑與中間體之間的相互作用更強。
?高研院Small:NS@Ag HF在2 A cm?2下高效還原CO2
在光滑表面模型上,通過第一次質子-電子轉移形成*COOH中間體,通過第二次質子-電子轉移進一步形成吸附產物*CO,計算得到的反應吉布斯自由能(ΔG)分別為1.79和0.84 eV。對比納米片立表面模型,形成*COOH和*CO的ΔG值顯著降低,分別為1.61和0.67 eV。
結果表明,納米薄片表面顯著降低了CO2還原為CO的能壘,并且納米薄片表面的CO2RR比光滑表面更有利于CO的能壘。DFT結果證明了納米片立表面通過增強CO2RR到CO的反應,同時加速H2O的活化,促進了NS@Ag HF GPE的電催化活性。
?高研院Small:NS@Ag HF在2 A cm?2下高效還原CO2
Highly Efficient CO2 Reduction at Steady 2 A cm?2 by Surface Reconstruction of Silver Penetration Electrode. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202301338.

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