Divergent Paths, Same Goal: A Pair‐Electrosynthesis Tactic for Cost‐Efficient and Exclusive Formate Production by Metal–Organic‐Framework‐Derived 2D Electrocatalysts

电合成 格式化 材料科学 纳米片 阴极 阳极 电化学 选择性 无机化学 甲酸 电解质 催化作用 金属有机骨架 电极 纳米技术 化学工程 化学 有机化学 物理化学 吸附 工程类
作者
Changsheng Cao,Dong‐Dong Ma,Jingchun Jia,Qiang Xü,Xin‐Tao Wu,Qi‐Long Zhu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (25): e2008631-e2008631 被引量:228
标识
DOI:10.1002/adma.202008631
摘要

Abstract Electrosynthesis of formic acid/formate is a promising alternative protocol to industrial processes. Herein, a pioneering pair‐electrosynthesis tactic is reported for exclusively producing formate via coupling selectively electrocatalytic methanol oxidation reaction (MOR) and CO 2 reduction reaction (CO 2 RR), in which the electrode derived from Ni‐based metal–organic framework (Ni‐MOF) nanosheet arrays (Ni‐NF‐Af), as well as the Bi‐MOF‐derived ultrathin bismuthenes (Bi‐enes), both obtained through an in situ electrochemical conversion process, are used as efficient anodic and cathodic electrocatalysts, respectively, achieving concurrent yielding of the same high‐value product at both electrodes with greatly reduced energy input. The as‐prepared Ni‐NF‐Af only needs quite low potentials to reach large current densities (e.g., 100 mA cm −2 @1.345 V) with ≈100% selectivity for anodic methanol‐to‐formate conversion. Meanwhile, for CO 2 RR in the cathode, the as‐prepared Bi‐enes can simultaneously exhibit near‐unity selectivity, large current densities, and good stability in a wide potential window toward formate production. Consequently, the coupled MOR//CO 2 RR system based on the distinctive MOF‐derived catalysts displays excellent performance for pair‐electrosynthesis of formate, delivering high current densities and nearly 100% selectivity for formate production in both the anode and the cathode. This work provides a novel way to design advanced MOF‐derived electrocatalysts and innovative electrolytic systems for electrochemical production of value‐added feedstocks.
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