Adv Mater：单原子位点M-N-C的电催化还原CO2稳定性

纳米技术

2023-11-25

电化学还原CO₂是目前受到广泛关注的一种新技术，这种技术旨在降低能源领域对于石油的依赖性，并且能够制备符合碳中和理念的原料。M-N-C催化剂目前发现是一种价格合理的电催化还原CO₂催化剂，但是M-N-C催化剂仍无法满足长期稳定性的需求。为了解决M-N-C催化剂的长期稳定性缺陷，需要通过原位表征方式深入研究该催化剂。

有鉴于此，弗里茨·哈伯研究所Beatriz Roldán Cuenya、Janis Timoshenko等通过原位XAS表征技术对一系列M-N-C催化剂（M=Fe Sn, Cu, Co, Ni, Zn）进行原位表征研究，发现Fe-N-C和Sn-N-C催化剂甚至在电催化还原CO₂之前都发生结构转变，生成氧化物簇。相比而言，新鲜的Cu-N-C、Co-N-C、Ni-N-C、Zn-N-C催化剂的催化位点呈均匀分散。

主要内容

（1）

研究发现，除了Ni-N-C催化剂之外，各种催化剂在电催化还原CO₂的过程中都将可逆的形成金属簇/纳米粒子。这种电催化剂结构变化的现象之前只在Cu-N-C催化位点中被发现，说明这种结构转变的现象在各种M-N-C催化剂中无处不在。

（2）

M-O和M-N之间的竞争性是导致M-N-C催化剂金属物种结构变化的重要原因。Ni与碳基底的N官能团之间的强相互作用导致Ni单原子位点具有非常好的稳定性，因此Ni-N-C催化剂在CO₂电催化还原为CO的过程中具有优异的性能。

参考文献

Dorottya Hursán, Janis Timoshenko, Eduardo Ortega, Hyo Sang Jeon, Martina Rüscher, Antonia Herzog, Clara Rettenmaier, See Wee Chee, Andrea Martini, David Koshy, Beatriz Roldán Cuenya, Reversible Structural Evolution of Metal-Nitrogen-Doped Carbon Catalysts During CO₂ Electroreduction: An Operando X-ray Absorption Spectroscopy Study, Adv. Mater. 2023

DOI: 10.1002/adma.202307809

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202307809