Surface Reconstruction of La2CuO4 during the Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to Ethylene and Its Benefits for Enhanced Performance

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作者
Yuchen Sha,Jaka Sunarso,Ngie Hing Wong,Yuxing Gu,Xinhao Wu,Yu Li,Ran Ran,Wei Zhou,Zongping Shao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (24): 31036-31044 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.4c00747
摘要

Electrochemical reduction (ECR) of CO2 to C2H4 has a potential key role in realizing the carbon neutral future, which ultimately relies on the availability of an efficient electrocatalyst that can exhibit a high Faradaic efficiency (FE) for C2H4 production and robust, long-term operational stability. Here, for the first time, we report that upon applying reductive potential and electrolyte to the benchmark La2CuO4 catalyst, surface reconstruction occurred, i.e., the appearance of a distinctive phase evolution process over time, which was successfully monitored using ex situ powder XRD and operando Mott-Schottky (M-S) measurements of La2CuO4 samples that were soaked into the electrolyte and subjected to CO2-ECR for different durations. At the end of such a reconstruction process, an outermost layer consisting of lanthanum carbonate, a thin outer layer made of an amorphous Cu+ material formed over the core bulk La2CuO4, as confirmed by various characterization techniques, which resulted in the redistribution of interfacial electrons and subsequent formation of electron-rich and electron-deficient interfaces. This contributed to the enhancement in FE for C2H4, reaching as much as 58.7%. Such surface reconstruction-induced electronic structure tuning gives new explanations for the superior catalytic performance of La2CuO4 perovskite and also provides a new pathway to advance CO2-ECR technology.
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