Organic Molecule Functionalization Enables Selective Electrochemical Reduction of Dilute CO2 Feedstock

表面改性 电化学 原材料 分子 化学 有机分子 组合化学 纳米技术 无机化学 材料科学 有机化学 电极 物理化学
作者
B.X. Wang,Xingyu Wang,Bo Wu,Peize Li,Shenghua Chen,Ruihu Lu,Wenjie Lai,Yan Shen,Zechao Zhuang,Jiexin Zhu,Ziyun Wang,Dingsheng Wang,Yanwei Lum
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:137 (7) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/ange.202417196
摘要

Abstract The electrochemical conversion of low‐concentration CO 2 feedstock to value‐added chemicals and fuels is a promising pathway for achieving direct valorization of waste gas streams. However, this is challenging due to significant competition from the hydrogen evolution reaction (HER) and lowered CO 2 reduction (CO 2 R) kinetics as compared to systems that employ pure CO 2 . Here we show that terephthalic acid (TPA) functionalization can boost selectivity towards CO 2 R and suppress HER over a range of catalysts including Bi, Cu and Zn. For instance, TPA functionalized Bi attained a formate Faradaic efficiency (FE HCOO‐ ) of 96.3 % at 300 mA cm −2 with pure CO 2 feedstock. Density functional theory simulations indicate that this is because TPA functionalization modulates the binding energies of the key reaction intermediates *OCHO and *H. With low‐concentration feedstock (15 % CO 2 ) at 100 mA cm −2 , we achieved a high FE HCOO‐ of 85.8 %, which was double that of an unmodified Bi catalyst. Using an electrolyzer with a porous solid electrolyte layer, we successfully showcase 30 h of continuous high‐purity formic acid production with a 5 % CO 2 feed. Taken together, our findings demonstrate that molecular tuning of a catalyst can be an effective strategy for enabling selective CO 2 R using low‐concentration feedstock.
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