吴睿/陈俊松/夏宝玉Angew.：碳纳米笼-Ni单原子增强CO2电还原!|ni|催化剂|吴睿|夏宝玉|碳纳米笼|陈俊松

研究内容

设计用于在膜电极组件（MEA）中操作CO 2 电还原的高效催化剂面临重大障碍。

电子科技大学吴睿/陈俊松/华中科技大学夏宝玉通过NaBr辅助的受限热解策略，提出了一种非对称配位的Ni SAC，其特征是在NiN 4 Br位点锚定在空心Br/N共掺杂碳纳米笼上的轴向Br配位。在MEA装置中，Ni-NBr-C在50至350 mA cm -2 的电流密度范围内表现出高的CO法拉第效率（FE CO >97%）。Ni-NBr-C显示出2.66±0.2 V的稳定电池电压，同时在85小时的长期运行中提供350 mA cm -2 的大电流密度，证明了其在工业规模应用中的潜力。相关工作以“Carbon Nanocage Supported Asymmetrically Coordinated Nickle Single-Atom for Enhanced CO2Electroreduction in Membrane Electrode Assembly”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

研究要点

要点1.作者提出了一种新型的非对称配位Ni-NBr-C SAC，负载在中空多孔Br/N掺杂碳（BrNC）基底上。独特的NiN 4 Br位点与BrNC载体协同作用，显著降低了形成COOH*中间体的能量势垒，从而增强了催化剂的固有活性。

要点2.作者通过在空心纳米笼结构中设计具有高密度纳米通道的结构，优化了活性位点的表面积和可及性，从而改善了传质。

要点3.在高电流密度条件下，优化的Ni-NBr-C在MEA装置中在50至350 mA cm²的宽范围操作条件下表现出高CO法拉第效率（FE CO ）。

这项工作为针对实际转化过程量身定制的催化剂设计提供了新的视角，为涉及传质的催化过程提供了见解。

研究图文

图1. （a）MEA配置示意图。（b）不对称活性位点的设计和（c）用于阴极催化剂的高表面积多孔碳载体的构建。

图2.（a）Ni-NBr-C合成路线示意图。Ni-NBr-C.的（b）SEM，（C，d）TEM，（e）AC HAADF-STEM以及（f）EDX元素。

图3.（a）Ni-NBr-C在Ar和CO 2 饱和的0.5 M KHCO 3 电解质中的LSV。Ni-N-C、Ni-NBr-c和NBr-C的（b）FE CO ，（c）j CO 。（d）Ni-NBr-C在-0.7 V vs RHE下的稳定性测量。（e）Ni-NBr-C的FE CO 和j CO 与最近报道的Ni-SACs的比较。（f） Ni-N-C、Ni-NBr-C和NBr-C的自由能图。（g）Ni-NBr-C的ATR-SEIRAS。（h）Ni-N-C的ATR-SEERAS光谱。

图4.（a）MEA系统示意图。（b）不同电流密度下Ni-NBr-C和Ni-N-C的LSV。（d）在MEA中，对Ni-NBr-C进行-350 mA cm -2 的耐久性测试。（e）Ni-NBr-C与先前报道的MEA性能催化剂的比较。（f）单个颗粒的CO 2 质量分数分布的有限元结果。（g）中心点CO 2 浓度的时间演变和（h）2D模型阴极侧单位体积内的相应云图随时间的变化。

文献详情

Carbon Nanocage Supported Asymmetrically Coordinated Nickle Single-Atom for Enhanced CO 2 Electroreduction in Membrane Electrode Assembly

Yingxi Lin, Chenfeng Xia, Zhaozhao Zhu, Junjie Wang, Huiting Niu, Shuning Gong, Zhao Li, Na Yang, Jun Song Chen,* Rui Wu,* Bao Yu Xia*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI : https://doi.org/10.1002/anie.202414569