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孫書會/張改霞/鄭宜NML: 有Fe又有Co,性能提升顯著!原子分散Fe-Co催化劑用于促進CO2RR

孫書會/張改霞/鄭宜NML: 有Fe又有Co,性能提升顯著!原子分散Fe-Co催化劑用于促進CO2RR電化學CO2還原反應(CO2RR),即將CO2轉化為具有附加值的化學品和燃料,是一種解決能源危機和全球變暖問題的有效方法。電化學CO2RR需要高性能催化劑才能將CO2轉化為有用的化學品,基于過渡金屬的原子分散催化劑有望實現CO2RR高選擇性和活性。
近日,加拿大國立科學研究院孫書會張改霞福州大學鄭宜等通過碳化引入Fe的Co-沸石-咪唑酯骨架(C-Fe-Co-ZIF)來制備一系列原子分散的Co、Fe雙金屬催化劑,用于高效CO2RR。
孫書會/張改霞/鄭宜NML: 有Fe又有Co,性能提升顯著!原子分散Fe-Co催化劑用于促進CO2RR
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X射線光電子能譜(XPS)表明,適量引入Fe可以增加催化劑中M-N位點的數量,從而提高 CO2RR性能。另外,X射線吸收光譜(XAS)顯示雙金屬催化劑中不同TM的相互作用,它證實了在雙金屬催化劑中添加Fe會改變Co的配位環境。
基于上述分析,C-Fe-Co-ZIF-1.6 wt%-Fe中適量的Fe增加了M-N位點的數量,并在金屬位點的局部配位環境中產生了輕微的扭曲,有利于對CO2RR為CO產生最佳性能。
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研究人員進行電化學測量以研究C-Fe-Co-ZIFs的催化性能。在0.5 M KHCO3溶液中,優化的C-Fe-Co-ZIF-1.6 wt%-Fe在-0.55 VRHE時表現出最高的FECO(51.9%)和FEH2(42.4%),其中 FECO顯著增加(比純的C-Co-ZIF高約10%)。
另外,H2/CO比率可在0.8 VRHE至4.2 VRHE的寬范圍內調節,同時保持總FECO+H2高達93%持續10小時以上。更重要的是,Cu-Co和Ni-Co雙金屬催化劑(碳化的Cu和Ni改性的Co-ZIF)也能夠提高CO2RR性能,證明了雙金屬SAC策略的可拓展性。
Atomically Dispersed Fe-Co Bimetallic Catalysts for the Promoted Electroreduction of Carbon Dioxide. Nano-Micro Letters, 2021. DOI: 10.1007/s40820-021-00746-9

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