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Size Controllable Metal Nanoparticles Anchored on Nitrogen Doped Carbon for Electrocatalytic Energy Conversion
ChemElectroChem ( IF 3.5 ) Pub Date : 2019-02-04 , DOI: 10.1002/celc.201801265 Xiaolong Zhang 1 , Fernanda C. Romeiro 2 , Si‐Xuan Guo 1, 3 , Ying Zhang 1, 3 , Edson Nossol 2 , Renata C. Lima 2 , Alan M. Bond 1, 3 , Jie Zhang 1, 3
ChemElectroChem ( IF 3.5 ) Pub Date : 2019-02-04 , DOI: 10.1002/celc.201801265 Xiaolong Zhang 1 , Fernanda C. Romeiro 2 , Si‐Xuan Guo 1, 3 , Ying Zhang 1, 3 , Edson Nossol 2 , Renata C. Lima 2 , Alan M. Bond 1, 3 , Jie Zhang 1, 3
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Metal nanoparticles (NPs) are an important class of materials for electrocatalysis. Synthesis of metal NPs with uniform particle size below 10 nm without a capping agent is challenging due to the tendency of particle aggregation to minimize surface energy. Here we demonstrate that pyrolysis of a metal‐TCNQ (TCNQ−=tetracyanoquinodimethane radical anion) compound can produce metal NPs with controllable particle sizes anchored on nitrogen doped carbon (denoted as MetalNC). NiNC and CoNC derived from Ni‐TCNQ and Co‐TCNQ with Ni and Co particle sizes below 10 nm were successfully prepared. NiNC, with a particle size of 8.8 nm, showed excellent catalytic activity for hydrogen evolution in an alkaline medium, reaching a catalytic current density of 10 mA cm−2 at an overpotential of 230 mV. CoNC, with a particle size of 1.8 nm, exhibited the capability of producing syngas by electrocatalytic CO2 reduction over a wide potential range in an acetonitrile medium containing 0.3 M H2O. An artificial photosynthesis system based on CoNC achieved faradaic efficiencies of over 70 % for production of syngas and 22 % for formate. This work demonstrates a general strategy to synthesize size controllable metal NPs supported on carbon materials for electrocatalytic energy conversion.
中文翻译：
尺寸可控的金属纳米颗粒锚固在氮掺杂碳上以进行电催化能量转换
金属纳米颗粒（NPs）是一类重要的电催化材料。在没有封端剂的情况下，具有小于10 nm的均匀粒径的金属NP的合成是具有挑战性的，这是因为颗粒聚集会趋于使表面能最小化。在这里，我们证明金属-TCNQ的热解（TCNQ - =四氰基自由基阴离子）化合物可产生金属NP具有可控的颗粒尺寸锚固在氮掺杂的碳（表示为MetalNC）。已成功制备了Ni-TCNQ和Co-TCNQ衍生的NiNC和CoNC，其中Ni和Co的粒径小于10 nm。NiNC的粒径为8.8 nm，对碱性介质中的氢气释放具有出色的催化活性，催化电流密度达到10 mA cm -2在230 mV的超电势下。CoNC的粒径为1.8 nm，在包含0.3 MH 2 O的乙腈介质中，具有在宽电位范围内通过电催化还原CO 2产生合成气的能力。基于CoNC的人工光合作用系统的法拉第效率超过70％用于生产合成气，22％用于甲酸。这项工作演示了一种合成策略，该策略可以合成负载在碳材料上的大小可控的金属NP，以进行电催化能量转换。
更新日期：2019-02-04
中文翻译：
尺寸可控的金属纳米颗粒锚固在氮掺杂碳上以进行电催化能量转换
金属纳米颗粒（NPs）是一类重要的电催化材料。在没有封端剂的情况下，具有小于10 nm的均匀粒径的金属NP的合成是具有挑战性的，这是因为颗粒聚集会趋于使表面能最小化。在这里，我们证明金属-TCNQ的热解（TCNQ - =四氰基自由基阴离子）化合物可产生金属NP具有可控的颗粒尺寸锚固在氮掺杂的碳（表示为MetalNC）。已成功制备了Ni-TCNQ和Co-TCNQ衍生的NiNC和CoNC，其中Ni和Co的粒径小于10 nm。NiNC的粒径为8.8 nm，对碱性介质中的氢气释放具有出色的催化活性，催化电流密度达到10 mA cm -2在230 mV的超电势下。CoNC的粒径为1.8 nm，在包含0.3 MH 2 O的乙腈介质中，具有在宽电位范围内通过电催化还原CO 2产生合成气的能力。基于CoNC的人工光合作用系统的法拉第效率超过70％用于生产合成气，22％用于甲酸。这项工作演示了一种合成策略，该策略可以合成负载在碳材料上的大小可控的金属NP，以进行电催化能量转换。
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