Chem：构建FeN4/石墨氮原子界面以实现在宽电位范围内高效CO2电化学还原

Nanoyu

2021-02-28

尽管原子分散的Fe–N–C催化剂在CO₂到CO的转化中表现出出色的性能，然而其仅在相当窄的电位范围内才能实现高的CO选择性，因此不能很好地满足随后的CO二聚或氢化的要求。

近日，清华大学陈晨副教授，中科院大连化物所Jiangwei Zhang报道了一种选择性蚀刻策略，可通过调节热解条件来控制单个FeN4位点点的局部氮化学态，从而实现对N物种的精确调节。

文章要点

1）通过在高温热解中向惰性气体气氛中添加5％的H₂，研究人员成功地选择性地消除了掺氮碳基质中不需要的“亲脂性位点”。 并在最终生成的材料H₂-FeN₄/C中仅留下了占主导地位的石墨氮物种。

2）密度泛函理论（DFT）的计算和实验结果显示，包括吡啶和N原子在内的“亲脂性位点”有利于HER。电化学测量结果显示，H₂-FeN₄/C在-0.3至-0.8 V的极宽电位范围内表现出较高的CO选择性，FE_CO超过90％。

3）原位ATR-SEIRAS和第一性原理计算结果表明，选择性刻蚀策略不仅可以通过除去吡啶N和吡咯N来抑制寄生HER，而且可以在具有不同电子结构和化学特性的两个原子/位之间构建一个“原子界面”。生成的“原子界面”存在于剩下的石墨N原子和FeN₄位点之间，促进了H₂O和CO₂的协同吸附，促进了CO₂的活化和转化为*COOH中间体。

参考文献

Liu et al., Constructing FeN₄/graphitic nitrogen atomic interface for high-efficiency electrochemical CO₂ reduction over a broad potential window, Chem (2021)

DOI：10.1016/j.chempr.2021.02.001

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.02.001