開發(fā)基于過渡金屬-氮位點的高效碳氣凝膠 (CA) 電催化劑對于 CO2電還原反應 (CO2RR) 至關重要。然而,同時實現(xiàn)高電流密度和高法拉第效率 (FE) 仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

過渡金屬-氮位點多級交聯(lián)碳氣凝膠用于高效工業(yè)級 CO2 電還原圖1 A)CA/NM 氣凝膠的制備過程示意圖,B)CA/N-Ni 氣凝膠的 FESEM 圖像,C,D)CA/N-Ni 氣凝膠的 TEM 和 HRTEM 圖像,E)CA/N-Ni 氣凝膠的 C、N、O 和 Ni 的 EDX 元素分布映射。

最近,浙江大學侯陽研究員團隊開發(fā)了一系列獨特的具有金屬氮位點(M-N,M = Ni,F(xiàn)e,Co,Mn,Cu)的 3D 分層交聯(lián)納米結構 CA 以實現(xiàn)高效的 CO2RR。一種最佳的 CA/N-Ni 氣凝膠,具有獨特的分層多孔結構和高度暴露的 MN 位點,表現(xiàn)出不尋常的 CO2RR 活性,在 -0.8 V 時 CO FE 為 98%。值得注意的是,工業(yè)電流密度為 300 mA cm-2在流動池反應器中使用 CA/N-Ni氣凝膠實現(xiàn)了 91% 的高 FE,其性能幾乎優(yōu)于之前報道的所有 MN/碳基催化劑。不同CA/N-M氣凝膠的CO2RR活性從高到低依次為Ni、Fe、Co、Mn、Cu。原位光譜電化學分析驗證了 CO2RR 中的速率決定步驟是 *COOH 中間體的形成。以CA/N-Ni為正極進一步組裝的Zn-CO2電池,其最大功率密度為0.5 mW cm-2,并具有優(yōu)異的可充電穩(wěn)定性。

過渡金屬-氮位點多級交聯(lián)碳氣凝膠用于高效工業(yè)級 CO2 電還原

相關論文以題為Hierarchical Cross-Linked Carbon Aerogels with Transition Metal-Nitrogen Sites for Highly Efficient Industrial-Level CO2 Electroreduction發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。

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