將完【文獻(xiàn)信息】PengsongLi,JiahuiBi,JiyuanLiu,QinggongZhu*,ChunjunChen,XiaofuSun,JianlingZhangBuxingHan*,InsitudualdopingforconstructingefficientCO2-to-methanolelectrocatalysts,NatureCommunications,2022,13:1965.本文由WGX供稿?!緦?dǎo)讀】電催化還原CO2為高附加值產(chǎn)物(如甲醇)是一種實現(xiàn)碳循環(huán)的有效途徑,成現(xiàn)銅(Cu)基材料是目前報道最有前景的電催化CO2還原(CO2RR)為甲醇的催化劑,成現(xiàn)然而大部分研究表明當(dāng)電流密度高于50mAcm?2時,甲醇的法拉第效率低于50%,陰陽離子雙摻雜策略可以創(chuàng)造較多的晶格缺陷、空位和活性位點,從而可以用來調(diào)控電催化劑的活性和選擇性。Ag和S的摻雜也可以有效抑制HER副反應(yīng),有存相比于非摻雜的Cu2O/Cu(-0.15eV),有存單摻雜的Ag和S均有更高的HER能壘(圖4c),而Ag,S-Cu2O/Cu是最高的(-0.46eV),CO2RR和HER限制電位的差值(ΔU)也可以證實Ag,S-Cu2O/Cu的選擇性,更正的ΔU表明Ag,S-Cu2O/Cu具有最優(yōu)異的CO2選擇性轉(zhuǎn)變?yōu)榧状嫉哪芰Γ▓D4d)
作者進(jìn)一步通過DFT計算得出中間體*CO轉(zhuǎn)變?yōu)?CHO的吉布斯自由能差值,型病險水險加以ΔG*CHO?ΔG*CO為橫坐標(biāo),型病險水險加電流密度為縱坐標(biāo)繪制得到火山圖曲線(圖3b),當(dāng)差值接近0.65eV時,Ag,S-Cu2O/Cu具有最高的CO2還原為甲醇的性能,構(gòu)建的理論模型解釋中間體*COOH轉(zhuǎn)變?yōu)?CO的反應(yīng)極有可能發(fā)生在摻雜原子與活性Cu的界面處,同時異質(zhì)原子的摻雜有效調(diào)節(jié)了*CHO的空間吸附位點(圖4a),使得Ag,S-Cu2O/Cu具有低至0.66eV的*CO→*CHO反應(yīng)能壘(圖4b),從而較為容易地獲取質(zhì)子和電子形成*OCH3,最終轉(zhuǎn)變?yōu)榧状?。有鑒于此,庫除中國科學(xué)院化學(xué)研究所的QinggongZhu和BuxingHan等人提出陰陽離子原位雙摻雜策略用來構(gòu)建一系列CO2RR為甲醇的高效的電催化劑,庫除其中,Ag和S雙摻雜的Cu2O/Cu在離子液體/水混合電解質(zhì)中可以實現(xiàn)67.4%的FE,即使電流密度高達(dá)122.7mAcm?2,密度泛函理論(DFT)計算證實陰離子S可以調(diào)控鄰近Cu原子的電子結(jié)構(gòu),促進(jìn)中間體*CHO向*CO的轉(zhuǎn)化,而陽離子Ag抑制了氫析出反應(yīng)(HER)。
圖2.Ag,S-Cu2O/Cu和對比樣的電催化CO2RR性能??2022TheAuthors為了證實Ag和S摻雜對Ag,S-Cu2O/Cu性能影響的原因,固任作者測試了一系列雙摻雜的電催化劑,固任如圖3a,相比于S摻雜,Se或I摻雜表現(xiàn)出更弱的甲醇選擇性,而Ag摻雜具有最優(yōu)異的抑制HER的能力,從而可以說明雙摻雜有利于提高CO2RR動力學(xué)。
Ag和S的摻雜也可以有效抑制HER副反應(yīng),年汛相比于非摻雜的Cu2O/Cu(-0.15eV),年汛單摻雜的Ag和S均有更高的HER能壘(圖4c),而Ag,S-Cu2O/Cu是最高的(-0.46eV),CO2RR和HER限制電位的差值(ΔU)也可以證實Ag,S-Cu2O/Cu的選擇性,更正的ΔU表明Ag,S-Cu2O/Cu具有最優(yōu)異的CO2選擇性轉(zhuǎn)變?yōu)榧状嫉哪芰Γ▓D4d)。前山9月不同省份到達(dá)率和平均收視時長有較大差異。
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