氧化物衍生催化剂在CO2还原反应中具有优异的催化活性和选择性,人们发现其中的残留氧原子调控催化剂电子结构和CO2反应过程中起到重要作用。但是氧化物衍生催化剂中的氧原子热力学不稳定,在CO2RR反应中难以稳定,阻碍了氧化物催化剂的工业化应用。
有鉴于此,香港城市大学刘彬教授、大连理工大学董旭峰教授、毛庆副教授、苏州科技大学杨鸿斌教授等报道脉冲电压策略动态的稳定氧化物催化剂中的氧原子。
本文要点
(1)
这种脉冲偏压技术通过CV活化催化剂,随后施加脉冲阳极电极电势和阴极电极电势用于CO2RR。与静态电势进行CO2RR相比,脉冲偏压的CV活化催化剂显著增强CO2RR生成CO的选择性,在-0.7 V过电势的最大CO法拉第效率达到96.6 %,而且具有优异的CO2RR稳定性。在-1.0 V稳定的18.8 mA cm-2电流密度稳定100 h。
(2)
这种氧化物催化剂通过脉冲偏压能够在CO2RR中表现优异的稳定性,维持优异的催化活性和稳定性。
通过原位XPS表征,揭示了静态条件以及动态脉冲反应过程中,催化剂在CO2RR电催化反应的氧原子动态变化。发现静态电势下负电性的氧(E-O)逐渐消失,但是在脉冲过电势处理过程中,氧原子能够持续的存在。通过DFT理论计算和动力学模拟,发现Ag催化剂中的氧原子能够调节Ag的电子结构,促进活化CO2分子,因此显著增强CO2RR催化活性和选择性。
参考文献
Bin Liu, Yuanxin Mao, Qing Mao, Hongbin Yang, Qi Liu, Xufeng Dong, Yifan Li, Shizong Zhou, Dynamically Stabilizing Oxygen Atoms in Silver Catalyst for Highly Selective and Durable CO2 Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202410932
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202410932