Electron‐Efficient Co‐Electrosynthesis of Formates from CO 2 and Methanol Feedstocks

法拉第效率 电合成 电解 阳极 阴极 格式化 催化作用 电化学 材料科学 化学工程 电催化剂 氧化物 化学 无机化学 电极 有机化学 电解质 物理化学 工程类
作者
Xin Jun Li,Qingsong Chen,Qingsong Chen,Wei Sun,Chengchao He
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (45): e202412410-e202412410 被引量:33
标识
DOI:10.1002/anie.202412410
摘要

Abstract The electrochemical conversion of CO 2 into valuable chemicals using renewable electricity shows significant promise for achieving carbon neutrality and providing alternative energy storage solutions. However, its practical application still faces significant challenges, including high energy consumption, poor selectivity, and limited stability. Here, we propose a hybrid acid/alkali electrolyzer that couples the acidic CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) at the cathode with alkaline methanol oxidation reaction (MOR) at the anode. This dual electro‐synthesis cell is implemented by developing Bi nanosheets as cathode catalysts and oxide‐decorated Cu 2 Se nanoflowers as anode catalysts, enabling high‐efficiency electron utilization for formate production with over 180 % coulombic efficiency and more than 90 % selectivity for both CO 2 RR and MOR conversion. The hybrid acid/alkali CO 2 RR‐MOR cell also demonstrates long‐term stability exceeding 90 hours of continuous operation, delivers a formate partial current density of 130 mA cm −2 at a voltage of only 2.1 V, and significantly reduces electricity consumption compared to the traditional CO 2 electrolysis system. This study illuminates an innovative electron‐efficiency and energy‐saving techniques for CO 2 electrolysis, as well as the development of highly efficient electrocatalysts.
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