吴正翠/盛天/熊宇杰Angew.：Ag+掺杂InSe纳米片实现大电流还原CO2制乙醇！

研究内容

利用CO 2 在高电流密度下通过 CO 2 电还原 ( CO 2 ER ) 制备乙醇 是一种最具 吸引力的方法；然而，常用的铜 ( Cu)基催化剂尽管具有生产乙醇的能力，但在CO 2 ER过程中不能维持大电流。

安徽师范大学吴正翠、盛天和中国科学技术大学熊宇杰 报道了具有Se空位的Ag + 掺杂InSe纳米片可以在膜电极组件 ( MEA ) 电解槽中解决这一重大挑战。 结果显示 ，在MEA电解槽中，通过将阴极CO 2 ER与阳极析氧反应 ( OER ) 耦合，最佳催化剂的乙醇法拉第效率 ( FE)为68.7%，阴极上的部分电流密度为186.6 mA cm -2 ，3.0 V下的全电池乙醇能效为26.1%。 相关工作以“ Ag + -Doped InSe Nanosheets for Membrane Electrode Assembly Electrolyzer toward Large-Current Electroreduction of CO 2 to Ethanol ” 为题发表在国际著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上。

研究要点

要点1 . 原位漫反射红外傅立叶变换光谱 ( DRIFTS ) 表征，结合密度泛函理论 ( DFT ) 计算，揭示了Ag + 离子的掺杂改变了InSe的电子结构并使活性位点多样化 ， 从而能够形成关键的反应中间体并将其依次演化为乙醇。

要点2 . 在催化剂上， CO 2 分子被活化并氢化为*CO*OH，C端吸附在Ag位点，O端吸附在In位点，促进了在Ag-Ag位点产生桥接的*COB和在Ag位置产生线性的*COL。*COL进一步质子化为*CHO*，并与*COB偶联，最终产生乙醇 。此外，从 Ag到Se的电子转移可以稳定In 2+ 位点，以确保持久的CO 2 ER。

要点3 . 在MEA电解槽中，通过将阴极CO 2 ER与阳极析氧反应 ( OER ) 耦合，优化的Ag 0.015 In 0.985 Se 0.734 纳米片在3.0 V下实现了68.7%的乙醇法拉第效率 ( FE C2H5OH ) 和186.6 mA cm -2 的部分电流密度，全电池能量效率为26.1%。

该 工作提供了一种将过渡金属离子掺杂到InSe中的新策略，该策略可以调节活性位点和中间体之间的相互作用，同时在MEA电解槽中以高选择性和高能效提高CO 2 ER转化为乙醇的活性 位点的稳定性。

研究图文

图1 . Ag 0.015 In 0.985 Se 0.734 的a）SEM和b）TEM。c）b中b1的Ag 0.015 In 0.985 Se 0.734 的HRTEM。晶格缺陷和晶界分别用橙色虚线和黄色虚线标记。d）Ag 0.015 In 0.985 Se 0.734 的SEM元素图谱。e）Ag 0.015 In 0.985 Se 0.734 的Ag 3d XPS光谱以及Ag 0.015 In 0.985 Se 0.734 和InSe的In 3d和Se 3d XPS光谱 。

图 2 . Ag x In 1-x Se y 和InSe催化剂在H-电池中0.1 M KHCO 3 下的CO 2 ER性能。

图 3. a）InSe在-0.6 V下的随时间变化的原位DRIFTS光谱。b）InSe在-0.6 V下CO 2 ER 13分钟前后的3d XPS光谱。c）Ag 0.015 In 0.985 Se 0.734 在-0.6V下的随时间变化的原位DRIFTS光谱。d）Ag 0.015 In 0.985 Se 0.734 在CO2ER 13分钟前后的3d XPS光谱。

图 4. a）InSe和b）Ag + 掺杂InSe上 ， CO 2 ER到甲酸盐 ( 紫 ) 和CO ( 红 ) 的吉布斯自由能谱以及*CO到*CHO* ( 蓝 ) 的活化。c）InSe ( 绿 ) 和Ag + 掺杂InSe ( 紫 ) 上CO还原为乙醇的吉布斯自由能谱。d）Ag + 掺杂InSe在CO 2 ER中产生乙醇的催化机理示意图。

图5 . Ag 0.015 In 0.985 Se 0.734 在MEA电解槽中的电催化性能。

文献详情

Ag + -Doped InSe Nanosheets for Membrane Electrode Assembly Electrolyzer toward Large-Current Electroreduction of CO 2 to Ethanol

Xiangyu Wang, Zhiwei Jiang, Peng Wang, Zheng Chen, Tian Sheng,* Zhengcui Wu , * Yujie Xiong*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202313646

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