合肥光源用户在实现高效二氧化碳还原研究中获新进展
时间 : 2021-06-18     
二氧化碳电催化还原(CO2RR)对减少全球CO2排放具有重要意义。但是由于CO2的固有惰性,C=O(806 KJmol-1)的活化十分困难。而且HERCO2RR的竞争也使得CO2转化效率较低。因此,设计一种高活性的催化剂对CO2RR及其重要的。

基于此,北京化工大学庄仲滨教授、北京理工大学陈文星教授以及安徽师范大学毛俊杰教授、西湖大学王涛教授等联合报道了氮掺杂多孔碳纳米片上的N桥式Co-N-Ni双金属位的合成(Co-N-Ni/NPCNSs)N桥联接双金属中心不仅可以通过相邻金属原子的相互作用来调节M-Nx中心的电子结构,而且还可保留单个组分的M-Nx局部结构,在370 mV下表现出2049 h-1的高TOF值以及96.4%CO法拉第效率。 

在本研究中,通过纤维素热解合成多孔碳纳米片(PCNSs)。然后制备含PCNSs和三聚氰胺的悬浮液,并滴加金属酞菁乙醇溶液。随后在1000℃、N2气氛下热解1 h,生成Co-N-Ni/NPCNSsTEM和HADDF-STEM(ab)表明生成的类石墨烯Co-N-Ni/NPCNSs具有丰富的褶皱,有利于CO2分子通过,且无纳米颗粒存在。球差校正扫描透射电子显微镜(AC-STEM)N桥联Co-N-Ni双金属中心的几何形状进行了鉴定,从图d放大的AC-STEM图像中可以清楚地识别出大量孤立的双金属位点。图e统计结果表明大约70%的点为双金属位点。

在研究过程中,该团队借助合肥光源软X射线磁圆二色站(BL12B)的同步辐射软X射线吸收谱的表征研究了Co-N-Ni/NPCNSs的电子结构,从CK-edge (g)中可以得到四个主要的峰,峰A-C是C 1s的芯电子到π*C=C、π*C-N、π*C-C-Co/Ni反键轨道的偶极跃迁,而峰Dσ*C-C的环形跃迁。而NK-edge也存在主要四个峰,峰A、B、C分别为Co-N-Ni/NPCNSsπ*吡啶氮、π*吡咯氮、π*石墨化氮,峰D表明形成了σ*C-N-C或C-N键。这一研究成果将提高我们对设计高效CO2RR催化剂的认识。

相关研究成果以“N-bridged Co-N-Ni: new bimetallic sites for promoting electrochemical CO2 reduction”为题,发表在国际著名学术期刊《Energy & Environmental Science》上。

原文链接:https://doi.org/10.1039/D0EE03947K

Co-N-Ni/NPCNSs的形貌表征及电子结构。(a) TEM. (b) HADDF-STEM. (c)AC-STEM. (d) 高分辨AC-STEM图。(e) 统计d中的Co-N-Ni双金属位点和单金属位的密度以及Co-Ni双原子距离。(f)1-3区域得到的强度剖面和相应的示意图模型。(g, h) Co-N-Ni / NPCNSC k-edgeN k-edge。