Nature子刊: 具有类金活性和类铜选择性的过渡金属碳化物用于电催化CO2还原

2021年8月27日下午11:30 • 顶刊解读

寻找一种地球上丰富的、高活性的催化剂，可以在相对较低的过电位下选择性地产生碳氢化合物，对于电化学二氧化碳还原反应(eCO₂RR)来说具有重大挑战。

美国伊利诺伊理工大学Mohammad Asadi、劳伦斯伯克利国家实验室David Prendergast等报道了一系列杂原子的过渡金属碳化物(TMC)催化剂(MXenes)，并研究了其eCO₂RR性能。

作者使用渗碳法和液体剥离技术合成了分子式为M₂C的四种TMC：W₂C、Mo₂C、Nb₂C和V₂C NFs，并测试了它们在KOH:CC(3M:2M)电解液中对eCO₂RR的催化性能。结果表明，这类催化剂主要对CH₄的生成具有选择性。

另外，W₂C NFs电催化剂具有最优异的CO₂RR活性：催化剂上生成CH₄时的最大电流密度为-421.63 mA cm^-2，法拉第效率为82.7%±2%，催化活性高于Au。

TMCs的电子性质分析表明，W₂C NFs具有优异的电学性质：低功函数、电化学双电层区域小的电荷转移电阻和表面大量W原子的还原，这导致其具有高活性。DFT计算表明，与Cu相比，上述所有TMC对CO₂和水具有自发的化学吸附作用。

W₂C的产CH₄性能最优异，其具有良好的水和CO₂的吸附能与自发解离耦合，及作为限速步骤的较低能垒OH*质子化，还有0.483 V_RHE至0.744 V_RHE范围内的低限制电位。

Gold-like activity copper-like selectivity of heteroatomic transition metal carbides for electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction. Nature Communications, 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-25295-y

Nature子刊: 具有类金活性和类铜选择性的过渡金属碳化物用于电催化CO2还原

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