Overcoming Low C2+ Yield in Acidic CO2 Electroreduction: Modulating Local Hydrophobicity for Enhanced Performance

法拉第效率 产量(工程) 电化学 电解质 催化作用 化学工程 材料科学 电流密度 碳纤维 化学 无机化学 电极 有机化学 冶金 物理化学 复合材料 工程类 物理 复合数 量子力学
作者
Zhe Yao,Rui Lin
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202306686
摘要

Abstract Operating electrochemical CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) in acidic media has garnered considerable attention due to its sustainable electrolyte cycling and stable performance. Nevertheless, the severe parasitic hydrogen evolution reaction (HER) and decayed multi‐carbon species (C 2+ ) yield still hampers efficient CO 2 RR in acid. Here, this work investigates the influence of local hydrophobicity on the acidic CO 2 RR. By employing direct electrodeposition, the hydrophobicity of the catalyst layer can be finely tuned over a wide range without additive. It is revealed that the hydrophobic microenvironment significantly suppressed HER, improved CO 2 RR performance and boosted C 2+ yield. A Faradaic efficiency (FE) of ≈74% for C 2+ is achieved in pH = 2 on electrodeposited copper with a highly hydrophobic environment. Moreover, this phenomenon can be extended to industrial application. An ≈81% total FE for the CO 2 RR, along with a ≈62% FE for C 2+ species, is achieved even with commercial copper. Remarkably, the system exhibited stable operation for a continuous period exceeding 50 h at an industrially applied current density of 300 mA cm −2 . This work highlights the crucial role of interface hydrophobicity in acidic CO 2 RR and proposes a facile and universally applicable method for achieving efficient and stable CO 2 RR to high‐value products in acidic media.
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