四所名校强强联合!范战西/黄勃龙/邵敏华/谷林,最新AM!

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第一作者:Yangbo Ma, Mingzi Sun, Hongming Xu, Qinghua Zhang
通讯作者:范战西,黄勃龙 ,邵敏华,谷林
通讯单位:香港城市大学,香港理工大学,香港科技大学,清华大学
论文速览
铜(Cu)纳米材料是二氧化碳还原反应(CO2RR)中用于高价值多碳生产的一种独特的电催化剂,在实现碳中和方面具有巨大的潜力。然而,Cu纳米材料的相工程仍然具有挑战性,特别是对于非常规相Cu基不对称异质纳米结构的构建。
本研究成功在非传统相的金(Au)纳米棒上通过位点选择性生长铜(Cu),制备出三种不同的异质结构:fcc-2H-fcc Au-Cu Janus纳米结构(JNSs)、fcc-2H-fcc Au-Cu 共轴异质纳米结构(CAHs)和fcc-2H-fcc Au-Cu 核壳纳米结构(CSNs)。
这些结构在CO2RR中表现出优异的催化性能,特别是fcc-2H-fcc Au-Cu JNSs,在H-型电池中对乙烯和多碳产品的法拉第效率(FE)分别达到55.5%和84.3%。原位表征和理论计算表明,Au-Cu JNSs中2H-Au和2H-Cu域的共暴露多样化了CO*的吸附构型,促进了CO*溢流和随后的C-C偶联,降低了生成乙烯的能量障碍。
图文导读
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图1:fcc-2H-fcc Au-Cu JNSs的合成及结构表征。
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图2:fcc-2H-fcc Au-Cu CAHs和CSNs的结构表征,包括透射电子显微镜(TEM)图像、高角环形暗场扫描TEM(HAADF-STEM)图像。
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图3:fcc-2H-fcc Au-Cu异质纳米结构的x射线吸收光谱分析。
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图4:异相fcc-2H-fcc Au-Cu杂相结构的电催化性能。
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图5:fcc-2H-fcc Au-Cu JNSs上电化学CO2RR的原位机理研究。
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图6:异相Au-Cu JNSs中CO2RR的理论研究。
总结展望
本研究成功实现了在非传统相Au纳米棒上的Cu位点选择性生长,制备出了三种高效的CO2电还原催化剂。特别是fcc-2H-fcc Au-Cu JNSs因其独特的2H-Au和2H-Cu域共暴露,展现出了卓越的催化性能。
本工作不仅为非对称非传统相异质纳米结构的可控合成提供了一种可行策略,而且通过相工程为设计高性能CO2RR催化剂铺平了道路,为实际应用中的CO2高效转化提供了新的可能性。
文献信息
标题:Site-selective growth of fcc-2H-fcc copper on unconventional phase metal nanomaterials for highly efficient tandem CO2 electroreduction
期刊:Advanced Materials
DOI:10.1002/adma.202402979

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