第一作者：Wenjun Song, Kun He, Chenghang Li, Ruonan Yin（共同第一作者）

通訊作者：王舜，呂晶晶，袁一斐

通訊單位：溫州大學(xué)

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本研究探討了如何利用過渡金屬氧化物（TMOs）的內(nèi)部晶格空間作為額外的催化劑載體，特別是通過在隧道結(jié)構(gòu)的MnO₂中植入原子銀（Ag），來提高電催化性能。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種雙形態(tài)的Ag催化劑，這種催化劑不僅在MnO₂表面形成銀納米粒子，還在MnO₂的亞納米級隧道晶格中植入了Ag原子鏈。在電化學(xué)CO₂還原反應(yīng)（eCO2RR）的測試中，這種雙形態(tài)催化劑展現(xiàn)了高法拉第效率（94%）、產(chǎn)率（67.3 mol/g/h）和耐久性（約48小時(shí)），超越了商業(yè)Ag納米粒子和大多數(shù)基于Ag的電催化劑。

理論計(jì)算進(jìn)一步揭示了這種雙形態(tài)催化劑的協(xié)同效應(yīng)，為未來催化劑-基底配置的設(shè)計(jì)提供了新思路。

圖文導(dǎo)讀

圖1：展示了單個(gè)AgNP@Ag/K-MnO₂納米線的TEM、STEM-HAADF和ESD元素面掃，確認(rèn)了MnO₂晶格中Ag和K的存在，并展示了Ag納米粒子在MnO₂表面的分布和形貌。

圖2：通過XRD分析了K-MnO₂到Ag/K-MnO₂以及AgNP@Ag/K-MnO2的結(jié)構(gòu)演變，并使用XPS研究了AgNP@Ag/K-MnO₂的表面組成和Ag元素的價(jià)態(tài)。

圖3：展示了AgNP@Ag/K-MnO₂和商業(yè)Ag NPs在不同電流密度下的eCO₂RR法拉第效率，以及AgNP@Ag/K-MnO₂的長期電解實(shí)驗(yàn)和CO法拉第效率。

圖4：通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算，分析了不同eCO₂RR活性位點(diǎn)上中間體的吉布斯自由能變化，以及AgNP和Ag-MnO₂位點(diǎn)上CO*和H*的結(jié)合能。

總結(jié)展望

本研究的亮點(diǎn)在于成功設(shè)計(jì)了一種新型的雙形態(tài)Ag催化劑，該催化劑通過在MnO₂的隧道結(jié)構(gòu)中植入原子Ag，顯著提高了電催化CO₂還原的性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種催化劑在產(chǎn)生CO方面展現(xiàn)了94%的高法拉第效率、67.3 mol/g/h的高產(chǎn)量以及約48小時(shí)的長期穩(wěn)定性。DFT計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了Ag納米粒子和Ag原子鏈在催化過程中的協(xié)同效應(yīng)，為設(shè)計(jì)更高效的CO₂電催化劑提供了理論依據(jù)。

這項(xiàng)工作不僅為過渡金屬氧化物基催化劑的設(shè)計(jì)提供了新思路，也為實(shí)現(xiàn)高效電催化CO₂還原提供了重要的實(shí)驗(yàn)和理論支持。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Seeding Atomic Silver into Internal Lattice Sites of Transition Metal Oxide for Advanced Electrocatalysis

期刊：Advanced Materials