王舜/吕晶晶/袁一斐AM：双形态Ag催化剂，提升电催化CO2还原性能！

第一作者：Wenjun Song, Kun He, Chenghang Li, Ruonan Yin（共同第一作者）

通讯作者：王舜，吕晶晶，袁一斐

通讯单位：温州大学

论文速览

本研究探讨了如何利用过渡金属氧化物（TMOs）的内部晶格空间作为额外的催化剂载体，特别是通过在隧道结构的MnO₂中植入原子银（Ag），来提高电催化性能。

研究团队设计了一种双形态的Ag催化剂，这种催化剂不仅在MnO₂表面形成银纳米粒子，还在MnO₂的亚纳米级隧道晶格中植入了Ag原子链。在电化学CO₂还原反应（eCO2RR）的测试中，这种双形态催化剂展现了高法拉第效率（94%）、产率（67.3 mol/g/h）和耐久性（约48小时），超越了商业Ag纳米粒子和大多数基于Ag的电催化剂。

理论计算进一步揭示了这种双形态催化剂的协同效应，为未来催化剂-基底配置的设计提供了新思路。

图文导读

图1：展示了单个AgNP@Ag/K-MnO₂纳米线的TEM、STEM-HAADF和ESD元素面扫，确认了MnO₂晶格中Ag和K的存在，并展示了Ag纳米粒子在MnO₂表面的分布和形貌。

图2：通过XRD分析了K-MnO₂到Ag/K-MnO₂以及AgNP@Ag/K-MnO2的结构演变，并使用XPS研究了AgNP@Ag/K-MnO₂的表面组成和Ag元素的价态。

图3：展示了AgNP@Ag/K-MnO₂和商业Ag NPs在不同电流密度下的eCO₂RR法拉第效率，以及AgNP@Ag/K-MnO₂的长期电解实验和CO法拉第效率。

图4：通过密度泛函理论（DFT）计算，分析了不同eCO₂RR活性位点上中间体的吉布斯自由能变化，以及AgNP和Ag-MnO₂位点上CO*和H*的结合能。

总结展望

本研究的亮点在于成功设计了一种新型的双形态Ag催化剂，该催化剂通过在MnO₂的隧道结构中植入原子Ag，显著提高了电催化CO₂还原的性能。

实验结果表明，这种催化剂在产生CO方面展现了94%的高法拉第效率、67.3 mol/g/h的高产量以及约48小时的长期稳定性。DFT计算结果进一步证实了Ag纳米粒子和Ag原子链在催化过程中的协同效应，为设计更高效的CO₂电催化剂提供了理论依据。

这项工作不仅为过渡金属氧化物基催化剂的设计提供了新思路，也为实现高效电催化CO₂还原提供了重要的实验和理论支持。

文献信息

标题：Seeding Atomic Silver into Internal Lattice Sites of Transition Metal Oxide for Advanced Electrocatalysis

期刊：Advanced Materials