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【教师科研快讯】马德琨课题组在JMCA上发表封面论文
2021-04-29 13:36   审核人:

中文标题MoS2纳米片阵列上原子层沉积TiO2构筑双活性位置用于高效电催化还原CO2合成乙醇

英文标题Dual active sites fabricated through atomic layer deposition of TiO2 on MoS2 nanosheet arrays for highly efficient electroreduction of CO2 to ethanol

刊物名称及期号、页码J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 6790–6796.

作者姓名(中文):齐菲宣羽、刘康、马德琨*、蔡芳芳、刘敏*、徐全龙、陈伟、齐陈泽、杨东朋、黄少铭*

作者姓名(英文)Feixuanyu Qi,Kang Liu, De-Kun Ma,* Fangfang Cai, Min Liu,* Quanlong Xu, Wei Chen, Chenze Qi, Dongpeng Yang and Shaoming Huang*

摘要(英文):Electrochemical reduction of CO2 to ethanol through renewable electricity is highly desirable but still challenging. Here, we demonstrated that TiO2/MoS2 nanosheet arrays synthesized through atomic layer deposition (ALD) of TiO2 on the surfaces of MoS2 nanosheet arrays enabled the electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) toward ethanol. As a result, 50% faradaic efficiency (FE) for ethanol was achieved over the obtained electrocatalyst at only 0.60 V versus the reversible hydrogen electrode (RHE) in CO2-saturated 0.5 M KHCO3 aqueous solution, which ranks as the best electrocatalysts for the CO2RR to ethanol. The experimental results and theoretical calculations showed that Mo and Ti dual active sites formed on the interfaces of TiO2 and MoS2 could adjust CO binding energy and promote the CO–CO coupling reaction and its subsequent transformation. A new regulatory mechanism of the CO coupling reaction and the possible reaction path were proposed based on experimental results and density functional theory (DFT) calculations.

工作简介:通过可再生的电能,电还原CO2合成有用的化学品和燃料,对于解决日益严重的碳排放与能源短缺具有重要意义。在众多电还原CO2产物当中,乙醇不仅仅是一种常用化学品而且是一种具有高能量密度的潜在燃料(21 MJ l–)。但因涉及多步质子耦合的电子传递过程以及困难的C-C偶联反应,电化学还原CO2高效合成乙醇仍充满挑战。目前,除了铜与碳基材料,很少的电催化剂能够高效电还原CO2合成乙醇。然而,在H型电池当中,铜基电催化剂上获得的乙醇的法拉第效率通常小于35%且该催化剂存在稳定性问题。至于碳基电催化剂,它们要么需要克服大的过电势,要么显示较小的分电流密度。因此,发展新型CO2还原电催化用于乙醇合成尤为必要。我们通过TiO2原子层沉积技术,构筑了TiO2/MoS2超薄纳米片阵列。该复合材料具有双活性位置,在水溶中实现了CO2电还原高效合成乙醇,法拉第效率达到50%。基于实验结果与DFT计算,我们提出了一种新的乙醇生成路线。

创新点:通过原子层沉积技术,在MoS2纳米片阵列上获得了均匀分布、高密度的MoTi双活性位置。该TiO2/MoS2超薄纳米片阵列能够抑制析氢反应,减小界面电荷传递阻力,调节CO结合能,促进CO-CO偶联反应以及随后的转化。结果,在水溶液中该催化剂首次实现了高效电还原CO2合成乙醇。基于实验结果与DFT计算,提出了一种新的*CO偶联反应调节机制。

该工作得到了国家自然科学基金(21673160, 51372173, U1932148, 21872174, 12075154, 51920105004)和浙江省杰出青年基金(LR16B010002)的资助。

全文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ta/d0ta11457j#!divAbstract

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