Cation Enrichment Promotes High‐rate CO Electroreduction to C2+ Liquid Products

电化学 催化作用 选择性 化学 阴极 化学工程 法拉第效率 电催化剂 分子 无机化学 纳米技术 材料科学 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Chunyu Cui,Liang Xu,Peiping Yu,Nan Wang,Fenglou Ni,Wen Guo,Hao Yang,Tao Cheng,Bo Zhang
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cssc.202400940
摘要

Abstract Electrochemical reduction of CO into valuable multicarbon (C 2+ ) liquids is crucial for reducing CO 2 emissions and advancing clean energy, yet mastering efficiency and selectivity in this process remains a tough challenge. Herein, we employ a surface‐modification strategy using electrochemically active polymeric 1,4,5,8‐naphthalenete‐tracarboxylic dianhydride (PNTCDA)‐modified copper nanosheets (PM−Cu) to rearrange reactive species in the electric double layer, where the PNTCDA triggers a distinctive enolization that anchor potassium ions (K + ) onto the cathode surface under reduction condition. Electrochemical analysis and computational simulations revealed that this approach fine‐tunes K + distribution in the double layer, making the dehydration of hydrated K + more efficient and reducing active water molecules at the interface, thus inhibiting the hydrogen evolution reaction while concurrently promoting CO reduction via enhanced C−C coupling. For the first time, the PM−Cu catalyst demonstrates ampere‐scale current densities with the exclusive selectivity of a C 2+ liquid product yield exceeding 90 %. Thus, by tailoring the local microenvironment with electrochemically active organics, it is possible to modulate CO reduction, improve sustainable energy storage, and increase industrial carbon utilization.
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