Tip carbon encapsulation customizes cationic enrichment and valence stabilization for low K+ acidic CO2 electroreduction

电催化剂 甲酸 法拉第效率 电解质 电化学 化学 催化作用 阳离子聚合 可逆氢电极 化学工程 电解 无机化学 电极 参比电极 有机化学 工程类 物理化学
作者
Zhitong Wang,Dongyu Liu,Chenfeng Xia,Xiaodong Shi,Yansong Zhou,Qiuwen Liu,Jiangtao Huang,Haiyan Wu,Deyu Zhu,Shuyu Zhang,Jing Li,Peilin Deng,Andrey S. Vasenko,Bao Yu Xia,Xinlong Tian
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-025-56977-6
摘要

Abstract Acidic electrochemical CO 2 conversion is a promising alternative to overcome the low CO 2 utilization. However, over-reliance on highly concentrated K + to inhibit the hydrogen evolution reaction also causes (bi)carbonate precipitation to interfere with catalytic performance. In this work, under the screening and guidance of computational simulations, we present a carbon coated tip-like In 2 O 3 electrocatalyst for stable and efficient acidic CO 2 conversion to synthesize formic acid (HCOOH) with low K + concentration. The carbon layer protects the oxidized In species with higher intrinsic activity from reductive corrosion, and also peripherally formulates a tip-induced electric field to regulate the adverse H + attraction and desirable K + enrichment. In an acidic electrolyte at pH 0.94, only 0.1 M low K + is required to achieve a Faradaic efficiency (FE) of 98.9% at 300 mA cm −2 for HCOOH and a long-time stability of over100 h. By up-scaling the electrode into a 25 cm 2 electrolyzer setup, a total current of 7 A is recorded to sustain a durable HCOOH production of 291.6 mmol L −1 h −1 .
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