Asymmetric Oxo-Bridged ZnPb Bimetallic Electrocatalysis Boosting CO(2) -to-HCOOH Reduction.
Asymmetric Oxo-Bridged ZnPb Bimetallic Electrocatalysis Boosting CO(2) -to-HCOOH Reduction.
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不对称氧桥 ZnPb 双金属电催化促进 CO2 还原为 HCOOH
DOI：
10.1002/advs.202104138
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发表时间：
2022-03
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Wang Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Mohamed AGA;Zhou E;Zeng Z;Xie J;Gao D;Wang Y
电化学二氧化碳还原（ECR）是一种有前景的二氧化碳回收技术，可维持自然碳循环并提供更可持续的高能化学品。锌基和铅基催化剂提高了甲酸盐选择性，但考虑到锌上具有竞争性的CO选择性，它们的电流活性相对较低。在此，对铅掺杂锌 (Zn(Pb)) 电催化剂进行了优化，以有效地将 CO2 还原为甲酸盐，同时在很大程度上控制 CO 析出选择性。在传统 H 电池中，以 47 mA cm–2 的出色部分电流密度检测选择性甲酸，法拉第效率 (FEHCOOH) 约为 95%。 Zn(Pb) 在电解液供给装置中得到了进一步研究，实现了约 100 mA cm-2 的优异转化率，这意味着离实用电催化又近了一步。原位分析表明，Pb 的掺入在 CO 抑制中发挥着至关重要的作用，这源于 Pb-O-C-O-Zn 结构的生成，而不是 CO 增强的 Pb-O-C-Zn。密度泛函理论（DFT）计算表明，合金化效应调节吸附能量，从而改变系统的电子结构，以获得优化的不对称氧桥中间体。 Zn 和 Pb 之间的合金化效应控制 CO 选择性，并实现选择性 CO2 还原为甲酸盐的优异活性。这项研究报告了一种新型 Zn(Pb) 电化学 CO2 还原 (ECR) 电催化剂，在 H 电池和流通池中，其分电流密度分别为 47 和 ≈100 mA cm−2，对甲酸盐生产的选择性 >95%，代表了实用的电催化。原位和理论研究解释了局部化学环境演变，并揭示了 Zn(Pb) 对 ECR 至 HCOOH 转化的合金化效应。
Electrochemical CO2 reduction (ECR) is one of the promising CO2 recycling technologies sustaining the natural carbon cycle and offering more sustainable higher‐energy chemicals. Zn‐ and Pb‐based catalysts have improved formate selectivity, but they suffer from relatively low current activities considering the competitive CO selectivity on Zn. Here, lead‐doped zinc (Zn(Pb)) electrocatalyst is optimized to efficiently reduce CO2 to formate, while CO evolution selectivity is largely controlled. Selective formate is detected with Faradaic efficiency (FEHCOOH) of ≈95% at an outstanding partial current density of 47 mA cm–2 in a conventional H‐Cell. Zn(Pb) is further investigated in an electrolyte‐fed device achieving a superior conversion rate of ≈100 mA cm–2 representing a step closer to practical electrocatalysis. The in situ analysis demonstrates that the Pb incorporation plays a crucial role in CO suppression stem from the generation of the Pb–O–C–O–Zn structure rather than the CO‐boosted Pb–O–C–Zn. Density functional theory (DFT) calculations reveal that the alloying effect tunes the adsorption energetics and consequently modifies the electronic structure of the system for an optimized asymmetric oxo‐bridged intermediate. The alloying effect between Zn and Pb controls CO selectivity and achieves a superior activity for a selective CO2‐to‐formate reduction. This study reports a novel Zn(Pb) electrochemical CO2 reduction (ECR) electrocatalyst that shows >95% selectivity to formate production at an outstanding partial current density of 47 and ≈100 mA cm−2 in H‐Cell and flow cell, respectively, representing practical electrocatalysis. In situ and theoretical studies explain the local chemical environmental evolution and reveal the alloying effect of Zn(Pb) for ECR‐to‐HCOOH conversion.
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