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開發具有低過電位和工業級電流密度的高效、穩定的電催化劑對CO₂電還原具有重要意義，但CO₂電還原過程中質子傳輸速率低仍然是一個挑戰。

基于此，浙江大學侯陽教授（通訊作者）等人報道了一種利用靜電紡絲和熱解相結合的方法，制備了錫（Sn）-氮位點約束多孔氮摻雜碳納米纖維（Sn/NCNFs）。優化后的Sn/NCNFs催化劑具有優異的CO₂ER活性，最大CO FE為96.5%，低起始電位為-0.3 V, Tafel斜率為68.8 mV dec^-1。

在流動電池中，工業級的CO局部電流密度達到100.6 mA cm^-2。此外，具有Sn/NCNFs負極的Zn-CO₂電池，最大功率密度為1.38 mW cm^-2，長期穩定性好。

通過DFT計算，以闡明NCNFs中摻雜N原子對Sn/NCNFs的影響。構建了不同N原子類型的原子Sn-N的三個結構模型，并將其標記為Sn-N/N₂、Sn-N/N₃和Sn-N/N₄。

為闡明催化機制，計算了CO₂在這些模型上的吉布斯自由能。計算得到Sn-N/N₃模型*COOH生成速率決定步驟的自由能壘為2.06 eV，遠低于其他三種模型。

結果表明，Sn-N位點附近的吡咯N原子可以有效地降低*COOH中間體形成的能壘，提高CO₂ER的性能。此外，在這些模型上Sn p軌道中心的總態密度（DOS）和部分態密度（PDOS）。

在Sn-N/N₃模型中，Sn 5p軌道的能帶中心發生了正向偏移，并更接近費米能級（E_f），表明摻雜的吡咯N原子改變了Sn 5p軌道的局域電子密度，從而導致Sn-N/N₃結構具有更高的電導率和電子反應速率。

Boosting Industrial-Level CO₂ Electroreduction of N-Doped Carbon Nanofibers with Confined Tin-Nitrogen Active Sites via Accelerating Proton Transport Kinetics. Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202208781.

https://doi.org/10.1002/adfm.202208781.

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?浙大侯陽AFM：Sn/NCNFs實現工業級CO2電還原

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