本研究報道了具有單插層堿土金屬（AEM）原子的原子分散Ca - N
4摻雜石墨烯雙分子層的發展，標記為CaN
4-AEM-CaN
4，旨在增強二氧化碳到C
1和C
2產物的電催化轉化。這些催化劑顯著提高了CO
2還原反應（CO
2RR）的活性，并微調了C
1和C
2途徑之間的選擇性。
基于研究的理論發現，提出了一種電子轉移機制，其中AEM原子在非吸附中間過程中充當兩層的電子供體，在吸附過程中充當電子助推器，促進電子從非吸附層轉移到吸附層，從而提高催化性能。AEMs還影響反應途徑，通過調節選擇性促進更有價值的C
2產物的形成。在CaN
4-AEM-CaN
4體系中，CaN
4-Sr-CaN
4表現出優異的極限電位（- 0.93 V），表現出優異的co2 -to-乙醇轉化的電化學催化活性。本研究強調了CaN
4-AEM-CaN
4催化劑增強多碳CO
2RR的潛力，并為驅動其活性和選擇性的電子轉移機制提供了關鍵見解。
圖1(a) CaN
4, (b) CaN
4 - CaN
4, (c) CaN
4 - Be - CaN
4, (d) CaN
4 - Mg - CaN
4, (e) CaN
4 - Ca - CaN
4, (f) CaN
4 - SrCaN
4的優化結構。（C、N、Be、Mg、Ca、Sr原子分別為灰色、深藍色、紫色、黃色、綠色和淺藍色。）
圖2. CO
2RR對HER對CaN
4、CaN
4 - CaN
4和各種CaN
4 -AEM- CaN
4催化劑的選擇性。
圖3. 基于前人的研究，提出了CO
2RR中C
1和C
2產物的可能途徑。
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圖4. C
1與C
2途徑在CaN
4、CaN
4 - CaN
4和各種CaN
4 - AEM - CaN
4催化劑上的選擇性。
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圖5. CaN
4-AEM-CaN
4催化劑上Co
2 - C
2H
5OH轉化的自由能圖。
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圖6.催化劑的C
1 / C
2選擇性和CH
3CH
2OH生成活性性能圖。
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圖7. COOH、CO、CHO、COH、OCCO、COCHO、COCOH和CH
2O中間體在CaN
4、CaN
4 - CaN
4和各種CaN
4 - AEM - CaN
4催化劑上的吸附能。
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圖8. 橋接金屬的DOS、配位N（黑色）、Ca活性位點（藍色）、橋接原子（紅色）和COOH（綠色）的吸附層。
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圖9. COOH中間體在(a) CaN
4, (b) CaN
4 - CaN
4, (c) CaN
4 - Be - CaN
4, (d) CaN
4 - Mg - CaN
4, (e) CaN
4 - Ca - CaN
4和(f) CaN
4 - Sr - CaN
4上吸附后雙層結構之間的電子轉移。
相關研究成果由華東理工大學
Zhencheng Ye、重慶綠色智能技術研究院Yuhan Mei和Houyang Chen課題組2024年發表在
Industrial & Engineering Chemistry Research (鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.iecr.4c03238)上。原文：
Enhancing Electrocatalysis of CO2 to Ethanol via Intercalated Electron Boosters in an Atomically Dispersed Ca–N4-Doped Graphene Bilayer
轉自《石墨烯研究》公眾號
