Plasma-Activated Copper Nanocube Catalysts for Efficient Carbon Dioxide Electroreduction to Hydrocarbons and Alcohols

催化作用 X射线光电子能谱 无机化学 碳氢化合物 法拉第效率 化学工程 电化学 一氧化碳 选择性 化学 材料科学 电极 有机化学 物理化学 工程类 冶金
作者
Dunfeng Gao,Ioannis Zegkinoglou,Núria J. Divins,Fabian Scholten,Ilya Sinev,Philipp Grosse,Beatriz Roldán Cuenya
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:11 (5): 4825-4831 被引量:453
标识
DOI:10.1021/acsnano.7b01257
摘要

Carbon dioxide electroreduction to chemicals and fuels powered by renewable energy sources is considered a promising path to address climate change and energy storage needs. We have developed highly active and selective copper (Cu) nanocube catalysts with tunable Cu(100) facet and oxygen/chlorine ion content by low-pressure plasma pretreatments. These catalysts display lower overpotentials and higher ethylene, ethanol, and n -propanol selectivity, resulting in a maximum Faradaic efficiency (FE) of ∼73% for C 2 and C 3 products. Scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy in combination with quasi- in situ X-ray photoelectron spectroscopy revealed that the catalyst shape, ion content, and ion stability under electrochemical reaction conditions can be systematically tuned through plasma treatments. Our results demonstrate that the presence of oxygen species in surface and subsurface regions of the nanocube catalysts is key for achieving high activity and hydrocarbon/alcohol selectivity, even more important than the presence of Cu(100) facets.
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