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中南大学熊禹团队联合南航、东南大学Angew. Chem.:Re-Ni双原子催化剂的双齿吸附模式实现CO₂电还原超低过电位

CBG资讯 2026-07-27 10:30
文章摘要
背景:全球气候变化加剧,亟需高效转化CO₂为高值化学品,电化学CO₂还原(eCO₂R)作为碳中和关键路径,面临反应动力学迟缓、过电位高及析氢竞争等瓶颈。传统Ni单原子催化剂因*COOH吸附构型不利导致反应能垒高。受天然一氧化碳脱氢酶(CODH)Ni-Fe双金属协同催化启发,研究旨在开发双原子催化剂以突破单一金属位点限制。研究目的:设计并制备一种Re-Ni双原子催化剂(ReNi-N/C),模拟CODH双金属协同模式,探讨其能否实现超低过电位下的高效CO₂还原,并揭示双原子对的协同催化机制。结论:研究成功构建了ReNi-N/C催化剂,在流动池中于0.16 V超低过电位下获得−27.0 mA cm⁻²的CO部分电流密度,起始电位仅−0.23 V,且在宽电位窗口内FEco>95%,稳定性超27小时,膜电极组件中稳定运行52小时。原位光谱与DFT计算揭示,Re-Ni原子对通过双齿吸附模式(C吸附于Ni,O吸附于Re)大幅降低*COOH生成能垒至0.61 eV,并下移Ni的d带中心促进*CO脱附,协同抑制析氢反应。该工作为设计低过电位CO₂还原电催化剂提供了新思路。
中南大学熊禹团队联合南航、东南大学Angew. Chem.:Re-Ni双原子催化剂的双齿吸附模式实现CO₂电还原超低过电位
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