Identification of Cu(100)/Cu(111) Interfaces as Superior Active Sites for CO Dimerization During CO2 Electroreduction

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作者
Zhe Wu,Xiaolong Zhang,Zhuang‐Zhuang Niu,Fei‐Yue Gao,Peng‐Peng Yang,Li‐Ping Chi,Lei Shi,Wensen Wei,Ren Liu,Zhi Chen,Sixia Hu,Xiao Zheng,Min‐Rui Gao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (1): 259-269 被引量:177
标识
DOI:10.1021/jacs.1c09508
摘要

The electrosynthesis of valuable multicarbon chemicals using carbon dioxide (CO2) as a feedstock has substantially progressed recently but still faces considerable challenges. A major difficulty lines in the sluggish kinetics of forming carbon-carbon (C-C) bonds, especially in neutral media. We report here that oxide-derived copper crystals enclosed by six {100} and eight {111} facets can reduce CO2 to multicarbon products with a high Faradaic efficiency of 74.9 ± 1.7% at a commercially relevant current density of 300 mA cm-2 in 1 M KHCO3 (pH ∼ 8.4). By combining the experimental and computational studies, we uncovered that Cu(100)/Cu(111) interfaces offer a favorable local electronic structure that enhances *CO adsorption and lowers C-C coupling activation energy barriers, performing superior to Cu(100) and Cu(111) surfaces, respectively. On this catalyst, no obvious degradation was observed at 300 mA cm-2 over 50 h of continuous operation.
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