Selective CO2 Reduction to Ethylene Mediated by Adaptive Small‐molecule Engineering of Copper‐based Electrocatalysts

催化作用 分子 电化学 化学 乙烯 选择性 拉曼光谱 无机化学 光化学 电极 有机化学 物理化学 物理 光学
作者
Shenghua Chen,Chengliang Ye,Ziwei Wang,Peng Li,Wenjun Jiang,Zechao Zhuang,Jiexin Zhu,Xiaobo Zheng,Shahid Zaman,Honghui Ou,Lei Lv,Tao Lin,Yaqiong Su,Jun Ouyang,Dingsheng Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:135 (50) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/ange.202315621
摘要

Abstract Electrochemical CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) over Cu catalysts exhibits enormous potential for efficiently converting CO 2 to ethylene (C 2 H 4 ). However, achieving high C 2 H 4 selectivity remains a considerable challenge due to the propensity of Cu catalysts to undergo structural reconstruction during CO 2 RR. Herein, we report an in situ molecule modification strategy that involves tannic acid (TA) molecules adaptive regulating the reconstruction of a Cu‐based material to a pathway that facilitates CO 2 reduction to C 2 H 4 products. An excellent Faraday efficiency (FE) of 63.6 % on C 2 H 4 with a current density of 497.2 mA cm −2 in flow cell was achieved, about 6.5 times higher than the pristine Cu catalyst which mainly produce CH 4 . The in situ X‐ray absorption spectroscopy and Raman studies reveal that the hydroxyl group in TA stabilizes Cu δ+ during the CO 2 RR. Furthermore, theoretical calculations demonstrate that the Cu δ+ /Cu 0 interfaces lower the activation energy barrier for *CO dimerization, and hydroxyl species stabilize the *COH intermediate via hydrogen bonding, thereby promoting C 2 H 4 production. Such molecule engineering modulated electronic structure provides a promising strategy to achieve highly selective CO 2 reduction to value‐added chemicals.
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