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,Meng-Ting 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]
卷期号:641 (8065): 1156-1161 被引量:107
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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