Elektrochemische CO ₂ reductiereactie (CO ₂ RR) is een veelbelovende aanpak om CO . om te zetten ₂ tot bruikbare chemicaliën.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Zhang Suojiang van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen bereidde een mangaan (Mn) single-atom katalysator (SAC) met Mn-N ₃ site ondersteund door grafiet C ₃ N ₄ , die een efficiënte prestatie van CO . vertoonden ₂ elektroreductie.

Dit werk is gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 28 augustus.

Het is een grote uitdaging om tegelijkertijd een hoog Faraday-rendement (FE) en een hoge stroomdichtheid te verkrijgen door goedkope katalysatoren voor CO ₂ RR.

De bereide katalysator vertoonde een maximale CO FE van 98,8% bij 14,0 mA cm ^-2 CO stroomdichtheid ( J _CO ) bij overpotentiaal van 0,44 V in KHCO ₃ elektrolyt, beter presteren dan alle gerapporteerde Mn SAC's.

Bovendien, een hogere J _CO waarde van 29,7 mA cm ^-2 werd verkregen bij een overpotentiaal van 0,62 V, wanneer ionische vloeistof werd gebruikt als elektrolyt.

Röntgenabsorptiespectroscopie en ringvormige donkerveld scanning transmissie-elektronenmicroscopie met hoge hoek bevestigden atomair gedispergeerd Mn in de katalysator, en de best passende analyse gaf aan dat het geïsoleerde Mn-atoom drievoudig werd gecoördineerd door N-atomen.

"In situ röntgenabsorptiespectra en dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen toonden aan dat de opmerkelijke prestatie van de katalysator werd toegeschreven aan de Mn-N ₃ plaats, die de vorming van de belangrijkste tussenliggende COOH vergemakkelijkte door een verlaagde vrije-energiebarrière, " zei prof. Zhang Suojiang.

Dit werk laat zien dat de CO ₂ RR-activiteit van op Mn gebaseerde katalysatoren kan worden verbeterd door een veranderende gecoördineerde omgeving.

"Het biedt een belangrijke wetenschappelijke basis en haalbaarheid voor goedkope en zeer efficiënte elektrochemische CO ₂ reductie tot nuttige chemicaliën, " zei prof. Zhang Xiangping, een co-corresponderende auteur van het papier.