Co_3O_4纳米薄片电催化CO_2还原机制的理论研究

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• 论文作者：张文华 ; 孙中体 ; 罗其全 ; 杨金龙
• 年：2016
• 作者机构：中国科学技术大学材料科学与工程系;合肥微尺度物质科学国家实验室;
• 论文关键词：Co3O4纳米薄片 ; 不同终结面 ; CO2电还原 ; 第一性原理计算
• 会议召开时间：2016-07-01
• 会议录名称：中国化学会第30届学术年会摘要集-第十八分会：电子结构理论方法的发展与应用
• 语种：中文
• 分类号：TB383.1;O643.36
• 学会代码：ZGHY
• 会议名称：中国化学会第30届学术年会-第十八分会 ; 电子结构理论方法的发展与应用
• 会议地点：中国辽宁大连
• 主办单位：中国化学会
• 学会名称：中国化学会
• 页数：1
• 文件大小：140k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

CO_2电还原制备燃料对环境和能源领域具有重要意义。研究发现,原子层厚度的Co_3O_4纳米薄片,对于CO_2电还原的活性相对于体材料增强一倍~([1]),而随着Co_3O_4纳米薄片中氧缺陷浓度的增加,CO_2电还原活性会进一步增加~([2]);而当材料为原子层厚度的Co_3O_4和单质Co的混合相时,其CO_2电还原活性达到最优~([3])。通过第一性原理计算,确定了Co_3O_4(100)不同终结面在不同制备条件下稳定性,指出在氧化条件下为Co(Ⅲ)终结(Co~Ⅲ-Co_3O_4),而在Co单质存在时为Co(Ⅱ)终结(Co~Ⅱ-Co_3O_4)。进而对不同终结面及氧缺陷存在时的Co_3O_4纳米薄片上CO_2吸附及生成甲酸根电化学过程的进行理论模拟,发现两个表面上缺陷的存在均可以降低反应速控步的能垒,Co(Ⅱ)终结的表面具有更好的CO_2吸附性能,氧缺陷存在的Co(Ⅱ)-Co_3O_4具有最低的反应能垒。理论结果表明在还原条件下得到的Co_3O_4纳米薄片具有更好的电催化活性,和实验结果一致。

引文

[1]Gao,S.;Jiao,X.;Sun,Z.;Zhang,W.;Sun,Y.*;Wang,C.;Hu,Q.;Zu,X.;Yang,F.;Yang,S.;Liang,L.;Wu,J.;Xie,Y.*Angew.Chem.Int.Ed.2016,55:698.
    [2]Gao,S.;Lin,Y.;Jiao,X.;Sun,Y.*;Luo,Q.;Zhang,W.;Li,D.;Yang,J.;Xie,Y.*Nature 2016,529:68.
    [3]Gao,S.;Sun,Z.;Liu,W.;Jiao,X.;Zu,X.;Hu,Q.;Sun,Y.*;Yao,T.;Zhang,W.*;Wei,S.;Xie,Y.*Nature Energy,Under Revision
    [4]Sun,Z.;Luo,Q.;Zhang,W.*;Yang,J.*,In Preparation.