孙予罕&魏伟&陈为最新Angew.: Cl离子吸附促进Ag中空纤维催化CO2电还原!

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研究内容

将二氧化碳(CO2)电化学转化为有价值的原料是一种有前途的碳中和策略。然而，在二氧化碳利用的实际应用中，具有大电流密度、高法拉第效率和优异稳定性仍然是一个挑战。

中国科学院上海高等研究院孙予罕研究员、魏伟研究员和陈为研究员报告了一种简便的策略，该策略通过在银中空纤维(Ag HF)电极上的低配位氯离子(Cl-)吸附实现高效的CO2电还原为CO。在3.0 M KCl中以1 A∙cm-2的电流密度实现92.3%的CO法拉第效率，并在150小时的测试中观察到了持续的性能，优于现有的最先进的电催化剂。相关工作以“Chloride Ion Adsorption Enables Ampere-Level CO2 Electroreduction over Silver Hollow Fiber”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1.作者采用仅由金属Ag组成的多孔Ag HF电极，进一步吸附Cl离子将CO2电还原为CO。Ag HF在3.0 M KCl中，可以在1 A cm-2的电流密度下将CO2转化为CO，其法拉第效率(FE)高达92.3%，CO FE在92-93%之间可运行超过150小时。具有良好的持续性能，显示出可扩展应用的巨大前景。

要点2.电化学结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，电解液中的高浓度Cl-可以低配位吸附在Ag HF表面，这不仅抑制了竞争性析氢反应(HER)的发生，而且促进了CO2的还原为CO的动力学，导致更好的eCO2RR性能。

该发现将为进一步创新具有高电流密度和选择性以及在CO2利用和氯碱工业中具有良好稳定性的电化学系统提供灵感。

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研究图文

图1. (A) 在KCl电解液中，Ag HF电极进行CO2电还原的过程示意图。Ag HF的(B)横截面和(C, D)外表面的SEM图像。(E) Ag HF在不同电解质中的伏安图。Ag HF和Cl-Ag HF的(F)XRD图案，(G) Ag 3d和Cl 2p的XPS光谱。(H) Ag样品、Ag HF、Cl-Ag HF和AgCl样品的傅里叶变换EXAFS光谱。

图2. (A) 在不同电解质中，1 A∙cm-2下，Ag HF上的CO和H2的FE。(B) 在3 M KCl中的Ag HF上的CO和H2的FE。(C) 3 M KCl中Ag HF上eCO2RR产物的电流密度。(D) Ag HF与最近报道的用于CO2电还原生成CO的电催化剂的比较。

图3. (A) 循环伏安法对Ag HF对氯化物的可逆吸附，扫描速率为20 mV∙s-1。(B) Δj(jc-ja)与Ag HF上的循环伏安曲线扫描速率的关系图。(C) Ag HF的Tafel斜率。(D)在-500 mA∙cm-2下，Ag HF的EIS奈奎斯特图和等效电路(插图)。

图4. 在Ag（灰色）和Cl-Ag（红色）上的Ag(111)、(110)和(100)平面上形成CO和H2的Gibbs自由能图。

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文献详情

Chloride Ion Adsorption Enables Ampere-Level CO2 Electroreduction over Silver Hollow Fiber

Shoujie Li, Xiao Dong, Yonghui Zhao, Jianing Mao, Wei Chen,* Aohui Chen, Yanfang Song, Guihua Li, Zheng Jiang, Wei Wei,* Yuhan Sun*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202210432

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作者简介

孙予罕，研究员，博士生导师，于1994年首批入选中国科学院“百人计划”，1996年获国家杰出青年科学基金。1996年至2002年任煤转化国家重点实验室主任，2000年至2008年任中科院山西煤炭化学研究所所长，2009年至2014年任中科院-BP清洁能源技术中心董事长，2012年至2017年任中国科学院上海高等研究院副院长，2014年至2020任中国科学院低碳转化科学与工程重点实验室主任，2018年开始担任上海科创低碳技术创新功能型平台负责人。

孙予罕主要从事含碳资源与CO2转化利用中催化和工程研究，以及相关纳米材料及其在绿色化学和光学中的应用研究，包括近期的清洁能源战略与解决方案研究。至今，已在Nature, Science, Nature Chem, Nature Comm, Science Advance, Energy & Environmental Science, Advanced Materials, Angewandte Chemie, Green Chemistry, Chemical Communication, ACS Catalysis, Journal of Catalysis, Journal of Materials Chemistry, Catalysis Today等期刊发表学术论文500余篇，获得国家发明专利100余项，并先后多次获中科院杰出成就奖、山西省自然科学/技术进步二等奖等。

魏伟，出生于1971年8月，博士研究生学历，研究员，博士生导师，中国科学院上海高等研究院副院长。入选“万人计划”，科技部中青科创领军人才，享受国务院特殊津贴，中科院特聘研究员。

2000年参加工作，1994年10月加入中国共产党。1995年毕业于山东矿业学院济南分院化学工程系化学工艺专业；2000年取得中科院山西煤化所物理化学专业博士学位（硕博连读）；2000年7月至2013年1月，任职于中科院山西煤化所，期间担任国家重点实验室助理研究员、国家重点实验室副研究员、应用催化与工程研究中心主任、研究员、所长助理；2013年1月至今，任中科院上海高等研究院温室气体与环境工程中心主任、院长助理。2018年9月起，任中科院上海高等研究院副院长。

主要研究领域包括CO2排放计量及其捕获、利用和封存，绿色化工以及环境催化。先后承担和参与国家科技支撑计划项目、中国科学院战略性先导科技专项、国家973项目、国际合作、企业合作等多项科研课题。目前在重要学术杂志，如Nature，Nat. Chem.，Nature Geosci.，Joule，Energ. Environ. Sci.，Angew. Chem. Int. Ed.等发表高水平论文400余篇，已授权或申请国际发明专利3项、国家发明专利80余项，获中国石油天然气集团创新技术二等奖。曾荣获第13界国际催化大会优秀青年科学家奖等，享受国务院政府特殊津贴。兼任国际碳捕集领导小组成员；同时担任《化工进展》、《气候变化研究导报》、《天然气化工》、《光谱学与光谱分析》等学术期刊的编委。

陈为，2008年博士毕业于中国科学院大连化学物理研究所，2008-2010年在美国佛罗里达国际大学从事电化学储能方面的博士后研究；2010-2015年在沙特阿卜杜拉国王科技大学以研究科学家身份从事先进多孔膜材料方面研究；2015年8月入职中国科学院上海高等研究院，入选中科院“百人”计划。主要研究领域包括：二氧化碳资源化利用、光电催化、碳基小分子温和转化等。以第一或通讯作者身份在Nat. Nanotechnol., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Appl. Catal. B: Environ.等学术刊物上发表多篇高水平论文研究论文。曾获得全国百篇优秀博士学位论文，辽宁省自然科学一等奖等。

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