Angew：通过 Fe-N5 位点的轴向氮牵引调节自旋极化增强 Zn-CO2 电池的电催化 CO2 还原

Nanoyu

2024-07-19

单一Fe位点已被探索作为将CO₂还原反应生成增值CO的有前途的催化剂。

在此，浙江大学Bin Yang，纽约州立大学布法罗分校Gang Wu，华中师范大学Ming Qiu介绍了一种新颖的熔盐合成策略，用于在富缺陷的超薄碳纳米片上开发轴向氮配位的Fe-N₅位点，旨在精确调节反应途径。

文章要点

1）这种独特的结构削弱了Fe位点的自旋极化，促进了活化中间体的动态平衡，并促进了活性Fe位点上*COOH形成和*CO解吸之间的平衡。

2）值得注意的是，合成的FeN₅负载在富缺陷的氮掺杂碳（FeN5@DNC）上，在CO₂RR中表现出优异的性能，在H电池中CO生成的法拉第效率达到99%（-0.4 V vs. RHE），在流动电池中电流密度为270 mA cm^-2（-1.0 V vs.RHE）时保持98%的法拉第效率。此外，FeN₅@DNC催化剂被组装成可逆Zn-CO₂电池，循环耐久性为24小时。

3）原位红外光谱和密度泛函理论（DFT）计算表明，轴向N配位牵引引起晶体场和局部对称性的转变，从而削弱中心Fe原子的自旋极化并降低*CO解吸的能垒。

参考文献

Yanran Bao, et al, Regulating Spin Polarization via Axial Nitrogen Traction at Fe-N5 Sites Enhanced Electrocatalytic CO2 Reduction for Zn-CO2 Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202406030

DOI: 10.1002/anie.202406030

https://doi.org/10.1002/anie.202406030