In Situ Dynamic Construction of a Copper Tin Sulfide Catalyst for High-Performance Electrochemical CO2 Conversion to Formate

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作者
Ke Li,Jingwen Xu,Tingting Zheng,Yuan Yuan,Shuang Liu,Chunyue Shen,Taoli Jiang,Jifei Sun,Zaichun Liu,Yan Xu,Mingyan Chuai,Chuan Xia,Wei Chen
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (16): 9922-9932 被引量:109
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c02627
摘要

Electrochemical reduction of CO2 to produce fuels and chemicals is one of the most valuable approaches to achieve a carbon-neutral cycle. Recently, a diversity of catalysts have been developed to improve their intrinsic activity and efficiency. However, the dynamic evolution process and the in situ construction behavior of electrocatalysts under the working conditions are typically ignored. Here, we fully reveal the dynamic reduction process and phase transformation of a copper tin sulfide catalyst reconstructed by in situ reduction of the precatalyst Cu2SnS3 and CuS during electrochemical CO2 reduction. Furthermore, the reconstructed catalyst reaches an outstanding electrochemical CO2-to-formate conversion with a high Faradaic efficiency of 96.4% at an impressive production rate of 124889.9 μmol mg–1 h–1 under a partial current density of −241 mA cm–2 (−669.4 A g–1) in a flow-cell reactor. Theoretical calculations further demonstrate the strong charge interaction between the adsorbate and substrate to accelerate the charge transfer and decrease the formation energies of OCHO* and HCOOH* intermediates in the pathway of CO2 to HCOOH, resulting in high selectivity for formate on the surface of the copper tin sulfide catalyst. This work paves the way for revealing the in situ dynamic process of the reconstructed catalyst and designing optimal catalysts with high catalytic activity and selectivity.
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