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大連理工侯軍剛等AM:PO43?-In NPs實現(xiàn)高效電催化CO2還原

大連理工侯軍剛等AM:PO43?-In NPs實現(xiàn)高效電催化CO2還原
直接電化學(xué)還原CO2(CO2RR)為增值化學(xué)品是一種很有前途的減少碳排放的解決方案,其中反應(yīng)微環(huán)境和催化劑的電子性質(zhì)對CO2RR的活性影響較大。
基于此,大連理工大學(xué)侯軍剛教授等人報道了通過表面PO43?陰離子被調(diào)諧以調(diào)節(jié)具有豐富金屬氧的銦(In)基催化劑的局部微環(huán)境和電子性質(zhì),從而實現(xiàn)CO2到HCOO?的有效電化學(xué)轉(zhuǎn)化。In納米顆粒(In NPs)與PO43?陰離子偶聯(lián)(PO43?-In NPs)在-0.98 V的低電位下,HCOO?的選擇性高達(dá)91.4%;在-1.1 V時,在電化學(xué)流動電池中HCOO?的局部電流密度高達(dá)279.3 mA cm?2
大連理工侯軍剛等AM:PO43?-In NPs實現(xiàn)高效電催化CO2還原
通過密度泛函理論(DFT)計算,作者研究了PO43?-In NPs催化活性提高的原因。首先,作者進行了Ab初始分子動力學(xué)(AIMD)模擬來研究K+離子在富PO43?表面的吸附。對比裸露的In(101)晶格面,可觀察到PO43?@In(101)表面積聚了更多的K+離子。最終,PO43?@In(101)表面的K+濃度比純In(101)表面的K+濃度高2倍,表明PO43?-In NPs具有潛在的CO2RR性能。
大連理工侯軍剛等AM:PO43?-In NPs實現(xiàn)高效電催化CO2還原
此外,作者利用偏態(tài)密度(PDOS)分析了電子態(tài)。PO43?-In NPs的O 2p、In 5p和In 4d軌道有很大程度的重疊,表明附著的PO43?陰離子主要通過In-O鍵與底物結(jié)合。從CO2到OCHO中間體的吉布斯自由能(ΔG)從0.037 eV下降到0.035 eV,表明OCHO中間體很容易在富含PO43?的表面上形成。
最后,PO43?-In NPs的活化能勢壘低于裸In NPs,顯示出對CO2轉(zhuǎn)化的理解活性。PO43?-In NPs吸附H的形成能為0.885 eV,遠(yuǎn)低于原始In NPs,表明PO43?-In NPs的內(nèi)在氫演化活性較慢。因此,PO43?-In NPs比In NPs具有更高的電還原CO2為HCOOH的選擇性。
大連理工侯軍剛等AM:PO43?-In NPs實現(xiàn)高效電催化CO2還原
Enriching Metal-Oxygen Species and Phosphate Modulating of Active Sites for Robust Electrocatalytical CO2 Reduction. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202304379.

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