Mangan-enkeltatom-katalysator øger ydeevnen af ​​elektrokemisk reduktion af kuldioxid

Elektrokemisk CO ₂ reduktionsreaktion (CO ₂ RR) er en lovende tilgang til at omdanne CO ₂ til nyttige kemikalier.

Et forskerhold ledet af prof. Zhang Suojiang fra Institute of Process Engineering (IPE) ved det kinesiske videnskabsakademi forberedte en mangan (Mn) enkeltatomkatalysator (SAC) med Mn-N ₃ websted understøttet af grafitisk C ₃ N ₄ , som udviste effektiv ydeevne af CO ₂ elektroreduktion.

Dette værk blev udgivet i Naturkommunikation den 28. august.

Det er en stor udfordring at opnå høj Faradaic effektivitet (FE) og høj strømtæthed samtidigt med billige katalysatorer for CO ₂ RR.

Den fremstillede katalysator udviste en maksimal CO FE på 98,8% med 14,0 mA cm ^-2 CO strømtæthed ( j _CO ) ved et overpotentiale på 0,44 V i KHCO ₃ elektrolyt, bedre end alle rapporterede Mn SAC'er.

I øvrigt, en højere j _CO værdi på 29,7 mA cm ^-2 blev opnået ved et overpotentiale på 0,62 V, når ionisk væske blev brugt som elektrolyt.

Røntgenabsorptionsspektroskopi og højvinklet ringformet mørkfelt-scanningstransmissionselektronmikroskopi bekræftede atomisk dispergeret Mn i katalysatoren, og den bedst passende analyse viste, at det isolerede Mn-atom var tredobbelt koordineret af N-atomer.

"In situ røntgenabsorptionsspektre og tæthedsfunktionsteoriberegninger viste, at katalysatorens bemærkelsesværdige ydeevne blev tilskrevet Mn-N ₃ websted, som lettede dannelsen af ​​nøglemellemproduktet COOH gennem en sænket fri energibarriere, " sagde prof. Zhang Suojiang.

Dette arbejde viser, at CO ₂ RR-aktivitet af Mn-baserede katalysatorer kan forbedres ved at ændre koordineret miljø.

"Det giver et vigtigt videnskabeligt grundlag og gennemførlighed for lavpris og højeffektiv elektrokemisk CO ₂ reduktion til nyttige kemikalier, " sagde prof. Zhang Xiangping, en medkorresponderende forfatter til papiret.