通過可再生電力進行電催化二氧化碳減排提供了一種生產有價值化學品的可持續(xù)方法，但其活性和選擇性較低。在此，我們構建了一種新型催化劑，具有獨特的 Ti3C2TX MXene 調節(jié)的 Ag-ZnO 界面、欠配位表面位點以及介孔納米結構。設計的Ag- ZnO/Ti3C2TX催化劑與可逆氫電極相比，在-0.87 V電壓下實現(xiàn)了出色的CO
2轉化性能，CO法拉第效率接近100%，部分電流密度為22.59 mA cm
-2 。 MXene 調控的 Ag- ZnO 界面內 Ag 的電子供給和相對于費米能級上移的 d 帶中心有助于CO的高選擇性。CO
2 轉化率與原位證實的主要線性鍵合 CO 中間體高度相關紅外光譜。這項工作啟發(fā)了獨特的金屬氧化物界面的合理設計，以及 MXene 的調節(jié)，以實現(xiàn)除 CO
2 還原之外的高性能電催化。
Figure 1. a) 示意性說明Ag- ZnO/Ti3C2Tx的合成過程，b–c) Ag2Se- ZnSe的SEM和TEM圖像，d–f) Ag- ZnO的SEM和TEM圖像，其中f中的插圖表示SEAD圖像Ag? ZnO, g) Ag- ZnO/Ti3C2Tx 的 TEM 圖像, h) 帶晶格條紋標簽的 Ag- ZnO/Ti3C2Tx 的 HR-TEM 圖像, i) Ag- ZnO/Ti3C2Tx 的 SAED 圖像, j) EDS 映射Ag- ZnO/Ti3C2TX 的圖像顯示了 Ag- ZnO 納米帶中 Zn、Ag 和 O 以及 MXene 納米片中 Ti、C 的元素分布。
Fig 2. a) XRD 圖譜，b–c) Ag- ZnO 和 Ag- ZnO/Ti3C2Tx 的 b) Zn 2p 和 c) Ag 3d 的 XPS 譜，d–f) XANES 和 d) Zn 的放大（插圖）譜， e) Ag 和 f) Ag2Se- ZnSe、Ag- ZnO、Ag- ZnO/Ti3C2Tx 的 Ti K 邊緣，以及 Zn 箔、Ag 箔、Ti 箔和原始 MXene 的參考文獻以及相應的預插入插圖-edge, g–i) g) Zn、h) Ag 和 i) Ti 的 EXAFS 光譜的相應 k
4 加權 FT。
Fig 3. eCO2R 在 Ag- ZnO/Ti3C2Tx 上的性能評估以及 H 型電池中的參考。 a) CO2 飽和電解液中掃描速率為 5 mV s
-1 時的 LSV 曲線，b) 電流密度，c) FE
CO，d) j
CO，e) 測量的雙層電容，f) TOF，g) 比較j
CO 在不同電位下，和 h) 長期穩(wěn)定性測試。
Fig 4. a-d) 在 CO
2 飽和的 0.5 M KHCO
3 溶液中，將 a-b) Ag- ZnO、c-d) Ag- ZnO/Ti3C2Tx 上的電位從 -0.123 步進到 -1.423 V 期間記錄的原位 ATR-IR 光譜。 e) 歸一化的總 CO 帶強度（COL 和 COB）和 j
CO，f) 從 ATR-IR 光譜得出的 COL 與 COB 帶強度比以及 Ag-ZnO 和 Ag-ZnO/Ti3C2Tx 的質量比活度。 g) Ag-ZnO和Ag- ZnO/Ti3C2Tx表面eCO2R的示意圖。
Fig 5. a) Ag- ZnO 和 Ag- ZnO/Ti3C2Tx 的計算電荷密度方案，b) Ag- ZnO 和 Ag- ZnO/Ti3C2Tx 的 Zn 3d、Ag 4d 和 O 2p 軌道的 DOS（左窗格）和相應的 d-譜帶中心（右窗格），c–d) c) eCO2R 和 d) HER 過程的自由能圖，e) 在 Ag2Se- ZnSe、Ag- ZnO 和 Ag- ZnO 上形成 *H 和 *COOH 的自由能變化/Ti3C2TX。
相關研究工作由南京航空航天大學Shengjie Peng課題組于2023年在線發(fā)表在《Angew. Chem. Int. Ed.》期刊上，MXene-Regulated Metal-Oxide Interfaces with Modified Intermediate Configurations Realizing Nearly 100% CO2 Electrocatalytic Conversion。
原文：
https://doi.org/10.1002/anie.202304179
轉自《石墨烯研究》公眾號
