Tailoring Copper Foam with Silver Dendrite Catalysts for Highly Selective Carbon Dioxide Conversion into Carbon Monoxide

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作者
Félix Urbain,Pengyi Tang,Nina M. Carretero,Teresa Andreu,Jordi Arbiol,Joan Ramón Morante
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (50): 43650-43660 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acsami.8b15379
摘要

The present study outlines the important steps to bring electrochemical conversion of carbon dioxide (CO2) closer to commercial viability by using a large-scale metallic foam electrode as a highly conductive catalyst scaffold. Because of its versatility, it was possible to specifically tailor three-dimensional copper foam through coating with silver dendrite catalysts by electrodeposition. The requirements of high-yield CO2 conversion to carbon monoxide (CO) were met by tuning the deposition parameters toward a homogeneous coverage of the copper foam with nanosized dendrites, which additionally featured crystallographic surface orientations favoring CO production. The presented results evidence that Ag dendrites, owing a high density of planes with stepped (220) surface sites, paired with the superior active surface area of the copper foam can significantly foster the CO productivity. In a continuous flow-cell reactor setup, CO Faradaic efficiencies reaching from 85 to 96% for a wide range of low applied cathode potentials (<1.0 VRHE) along with high CO current densities up to 27 mA/cm2 were achieved, far outperforming other tested scaffold materials. Overall, this research provides new strategic guidelines for the fabrication of efficient and versatile cathodes for CO2 conversion compatible with large-scale integrated prototype devices.

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