Potassium ion modulation of the Cu electrode-electrolyte interface with ionomers enhances CO2 reduction to C2+ products

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作者
Gavin P. Heim,Meaghan A. Bruening,Charles B. Musgrave,William A. Goddard,Jonas C. Peters,Theodor Agapie
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:8 (5): 1312-1321 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.joule.2024.03.019
摘要

Ionomers have shown promise as organic coatings on Cu electrodes to increase the CO2 reduction (CO2R) selectivity toward multi-carbon (C2+) products. However, the effects of systematic polymer structure modification on electrocatalytic performance have been seldom reported. Herein, we report on a series of polystyrene-based ionomers to probe the effect of local [K+] in the Cu electrode microenvironment on CO2R performance. Partial current density toward C2+ products (|jC2+|) increases with [K+] in ionomers, up to 225 mA cm−2. Replacing K+ with [Me4N]+ lowers performance to the level of bare Cu, highlighting the crucial role of K+ in improving C2+ product selectivity. Molecular dynamics simulations show that CO2 diffusivity increases with [K+], implicating CO2 transport to the electrode as a potential mechanism for improved CO2R performance. Our results highlight the intersection of synthetic polymer chemistry and electrocatalysis as a promising strategy in electrode modification toward achieving high selectivity of value-added chemicals.
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