Steering CO2 Electroreduction Selectivity toward Ethylene or Ethanol by Phosphorus Doping in Confined CuOx Nanobowl Reactors

选择性 乙烯 催化作用 化学 乙醇 吸附 无机化学 兴奋剂 化学工程 乙二醇 纳米反应器 产品分销 法拉第效率 氧合物 光化学 材料科学 磷 乙醇燃料 支化(高分子化学)
作者
Shiyuan Xu,Jinlong Wu,Weiwei Fan,Jingtian Ni,Zhouzhou Li,Shuting Xi,Jing Li,Feng Li
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.6c08555
摘要

Abstract Controlling the selectivity between ethylene and ethanol in CO2 electroreduction remains a challenge. Here, we report a dual-regulation strategy that combines hollow-bowl nanoconfinement with phosphorus doping in CuOx. The hollow nanospheres act as nanoreactors that enrich CO2 and key intermediates, while P doping progressively tunes the Cu+/Cu0 ratio and modulates the adsorption strength of reaction intermediates. As a result, the P doping level serves as a P-content-dependent selectivity regulator: at a low P/Cu ratio of 0.05, the catalyst favors ethylene with a Faradaic efficiency of 45%; at a high ratio of 0.30, the selectivity shifts to ethanol, reaching 35%. Operando spectroscopy supports the involvement of *OCCOH as a plausible branching intermediate and shows a stronger *OC2H5-related response at higher P content, consistent with the increased ethanol selectivity. The hollow cavity amplifies this effect by enhancing the local availability of CO2-derived intermediates and increasing CO coverage. Together, geometric confinement and electronic modulation enable P-content-dependent regulation of the product distribution between ethylene and ethanol during CO2 electroreduction.
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