ACS Nano：多孔石墨烯上非配位Ni−Nx和Fe−Nx的设计用于电化学CO2转化为合成气

减少CO₂排放的一个有前景的途径是通过一种可再生的Power-to-X技术，即电化学CO₂还原（CO₂RR）为增值化学品。贵金属如Pt、Pd、Au和Ag是CO₂转化为CO的基准催化剂。然而，商业化应用需要开发更具成本效益和更丰富的基于过渡金属（TMs）的催化剂，如Ni、Co和Fe。

近日，澳大利亚新南威尔士大学Rose Amal，Rahman Daiyan，台湾大学Ru-Shi Liu报道了提出了一种自上而下的策略，在多孔石墨烯框架内控制制备未配位的Ni−N_x（Ni-hG）和Fe−N_x（Fe-hG）催化剂，用于电化学CO₂还原转化为合成气。

文章要点

1）通过对商业级氮杂化石墨烯进行热处理，研究人员制备了缺陷型多孔石墨烯，然后将其作为载体通过碳缺陷修复来结合配位不足的单原子，并进行了一系列表征技术。

2）研究发现，这些Ni-hG和Fe-hG催化剂可以任意比例组合，在用于费托合成（F−T）液体燃料和化学品的很宽电位范围内（−0.6到 −1.1 V vs RHE）获得理想的合成气比（1−10）。

3）密度泛函理论（DFT）计算结果显示，CO选择性随着N与Ni配位的减少而增加，而不饱和的Fe−N_x位有利于析氢反应(HER)。

4）催化剂在高温下保持不变的选择性和在高通量气体扩散电解槽中的稳定性进一步突出了其规模化应用的潜力，在2.5 V的槽电压下显示出275 mA mg⁻¹的高质量归一化活性。

研究结果为实现一种简单的自上而下的方法来制备用于生产合成气的具有活性的欠配位单原子催化剂提供了有价值的见解。

参考文献

Josh Leverett, et al, Designing Undercoordinated Ni−N_x and Fe−N_x on Holey Graphene for Electrochemical CO₂ Conversion to Syngas, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c03293

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c03293