Ampere-Level Acetylene-to-Ethylene Electrosynthesis by a Spillover-Storage-Relaxation Hydrogenation Mechanism to Overcome the Activity-Selectivity Constraint

化学 乙炔 电合成 法拉第效率 选择性 吸附 催化作用 乙烯 缩放比例 无机化学 机制(生物学) 光化学 组合化学 电流密度 反应机理 物理化学 化学工程 电催化剂 计算化学 转移加氢
作者
Fanpeng Chen,Yichen He,Bo‐Hang Zhao,Chuanqi Cheng,Bin Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c04407
摘要

The scaling relationship between the activity and selectivity of electrocatalytic hydrogenation reactions (EHRs) is caused by severe hydrogen evolution reactions and overhydrogenation because of the inevitable blocking of active sites through excessive adsorbed hydrogen (*H) at high current density. Herein, a spillover–storage–relaxation hydrogenation mechanism is proposed to overcome the scaling relationship. By employing acetylene (C 2 H 2 ) to ethylene (C 2 H 4 ) conversion as an example, Cu-supported atomically dispersed WO x (WO x /Cu), with abundant interfacial *H-formation Cu and *H-reservoir WO x sites, is theoretically predicted and experimentally proven to be a promising catalyst. Consequently, WO x /Cu is synthesized and demonstrates a C 2 H 4 partial current density of ∼1.43 A cm –2, with a C 2 H 4 Faradaic efficiency higher than 95%. The *H transfer from Cu to WO x not only frees sites for C 2 H 2 adsorption but also reserves a hydrogen source for subsequent hydrogenation. Additionally, such a mechanism is suitable for Mo(W)O x /Cu(Ag) in other EHRs.
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