成会明/周光敏/邹小龙JACS: 理论计算指导实验!在ReS2平面上设计亲电和亲核双中心用于高效CO2RR和CO2ER

  • A+

Li-{attr}3222{/attr}2电池因其高能量密度(1876 W h kg-1)和低平衡电位(2.88 V)而引起了广泛关注。二维过渡金属二硫属化物(TMDCs)显示出作为Li-CO2电池高效催化剂的巨大潜力,然而,TMDCs的基面工程用于Li-CO2电池的双功能催化剂仍然知之甚少。

在此,清华大学成会明、周光敏邹小龙等在理论计算的指导下制备了一种改性的ReS2(NSV-ReS2(5)/CP),作为双功能Li-CO2电池双功能(CO2RR和CO2ER)催化剂。

研究人员首先通过理论计算得知,原始MS2的基面表现出较差的CO2RR和CO2ER动力学,N掺杂剂或S空位中心可以改善对不同物质的吸附,导致适度的CO2RR和CO2ER动力学。因此,研究人员在ReS2基面上实现可控的N掺杂和S空位产生,而优化的NSV-ReS2(5)/CP在20 μA cm-2电流密度下实现了0.66 V的超小电压间隙和81.1%的超高能量效率。

面内S空位和N掺杂中心对CO2RR和CO2ER活性的提高具有互补作用:亲核N中心影响与中间体中Li原子的相互作用,而亲电子S空位中心影响与中间体中C或O原子的相互作用。

因此,面内亲核N掺杂剂和亲电S空位双中心与*LiCO2和*Li2CO2中间体以及Li2CO3产生合适的相互作用,导致限速步骤的能量势垒很小。这种出色的双功能催化剂可产生高度可逆的转化反应,电压差小,能效高;亲电中心和亲核中心的共存导致Li-CO2电池双功能催化剂具有优异性能。

Designing Electrophilic and Nucleophilic Dual Centers in the ReS2 Plane toward Efficient Bifunctional Catalysts for Li-CO2 Batteries. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.1c12096


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0