Nitrogen-doped carbon confined Cu-Ag bimetals for efficient electroreduction of CO2 to high-order products

过电位 双金属片 电催化剂 催化作用 碳纤维 化学工程 电化学 材料科学 法拉第效率 无机化学 化学 纳米技术 电极 物理化学 有机化学 复合材料 工程类 复合数
作者
Xinyao Zou,Ang Li,Chao Ma,Zhan Gao,Baowen Zhou,Lei Zhu,Zhen Huang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:468: 143606-143606 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143606
摘要

Electrochemical reduction of CO2 is a promising approach for storing the green electricity from intermittent solar and wind energy into chemical fuels. The direct production of energy-dense renewable synthetic fuels that is highly compatible with the existing transportation infrastructures is particularly important yet extraordinarily challenging. In this work, bimetallic Cu-Ag catalysts confined in a nitrogen-doped carbon octahedral shell are developed by a facile MOF-mediated synthesis for this grand objective. By correlative microscopic characterizations, theoretical and systematic experiments investigations, it is discovered that the bimetallic Cu-Ag nanoparticles work in synergy with the nitrogen-doped porous carbon octahedral shell for efficient electrocatalytic CO2 reduction reaction (CO2RR) towards high-order products. Owing to the geometric and electronic benefits, the as-designed electrocatalyst is favorable for C-C coupling through an interesting *CHO–*CO pathway with significantly lower energy barrier and enhanced mass transport of reactants and intermediates, thus leading to high activity and selectivity towards energy-dense products. The total faradaic efficiency of high-order products i.e., CH4, C2H4, C2H5OH and CH3COOH reaches 55.3% with a high current density of 5.3 mA/cm2 at a relatively low overpotential of −1.2 V versus reversible hydrogen electrode (RHE), exceeding the most common primary products e.g., H2, CO and HCOOH. This study presents that the rational assembly of Cu-derived bimetallic catalysts with confined nitrogen-doped carbon architecture to produce high-order products from electrocatalytic CO2 reduction.
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