Cu+-Mediated CO Coordination for Promoting C–C Coupling for CO2 and CO Electroreduction

电化学 选择性 法拉第效率 催化作用 碘化物 卤素 电解质 无机化学 联轴节(管道) 激进的 氧化还原 材料科学 光化学 化学 电极 物理化学 有机化学 烷基 冶金
作者
Honglei Lu,Lei Li,Qianbao Wu,Shijia Mu,Ruijuan Zhao,Xia Zheng,Chang Long,Qing Li,Hongfei Liu,Chunhua Cui
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (10): 13228-13237 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsami.3c01448
摘要

Selective electrochemical upgrading of CO2 to multicarbon (C2+) products requires a C-C coupling process, yet the underlying promoting mechanism of widely involved Cu oxidation states remains largely unclear, hindering the subtle design of efficient catalysts. Herein, we unveil the critical role of Cu+ in promoting C-C coupling via coordination with a CO intermediate during electrochemical CO2 reduction. We find that, relative to other halogen anions, iodide (I-) in HCO3- electrolytes accelerates the generation of strongly oxidative hydroxyl radicals that accounts for the formation of Cu+, which can be dynamically stabilized by I- via the formation of CuI. The in situ generated CO intermediate strongly binds to CuI sites, forming nonclassical Cu(CO)n+ complexes, leading to an approximately 3.0-fold increase of C2+ Faradaic efficiency at -0.9 VRHE relative to that of I--free Cu surfaces. Accordingly, a deliberate introduction of CuI into I--containing HCO3- electrolytes for direct CO electroreduction brings about a 4.3-fold higher C2+ selectivity. This work provides insights into the role of Cu+ in C-C coupling and the enhanced C2+ selectivity for CO2 and CO electrochemical reduction.
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