Encapsulated Co–Ni alloy boosts high-temperature CO2 electroreduction

催化作用 合金 材料科学 化学工程 电解 吸附 氧化物 电化学 可再生能源 集聚经济 碳纤维 纳米技术 冶金 化学 电极 电解质 复合材料 物理化学 有机化学 工程类 电气工程 复合数
作者
Wenchao Ma,Jordi Morales‐Vidal,Jiaming Tian,Ming Liu,Seongmin Jin,Wenhao Ren,Julian Taubmann,Christodoulos Chatzichristodoulou,Jeremy S. Luterbacher,Hao Ming Chen,Núria López,Xile Hu
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41586-025-08978-0
摘要

Abstract Electrochemical CO 2 reduction into chemicals and fuels holds great promise for renewable energy storage and carbon recycling 1–3 . Although high-temperature CO 2 electroreduction in solid oxide electrolysis cells is industrially relevant, current catalysts have modest energy efficiency and a limited lifetime at high current densities, generally below 70% and 200 h, respectively, at 1 A cm − 2 and temperatures of 800 °C or higher 4–8 . Here we develop an encapsulated Co–Ni alloy catalyst using Sm 2 O 3 -doped CeO 2 that exhibits an energy efficiency of 90% and a lifetime of more than 2,000 h at 1 A cm − 2 for high-temperature CO 2 -to-CO conversion at 800 °C. Its selectivity towards CO is about 100%, and its single-pass yield reaches 90%. We show that the efficacy of our catalyst arises from its unique encapsulated structure and optimized alloy composition, which simultaneously enable enhanced CO 2 adsorption, moderate CO adsorption and suppressed metal agglomeration. This work provides an efficient strategy for the design of catalysts for high-temperature reactions that overcomes the typical trade-off between activity and stability and has potential industrial applications.
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