An orientated mass transfer in Ni-Cu tandem nanofibers for highly selective reduction of CO2 to ethanol

串联 催化作用 电子转移 化学 法拉第效率 选择性 传质 乙醇 选择性还原 密度泛函理论 碳纤维 反应机理 光化学 材料科学 计算化学 物理化学 电化学 有机化学 电极 复合材料 复合数 色谱法
作者
Xiaoxiong Huang,Debin Kong,Yingjie Ma,Bin Luo,Bin Wang,Linjie Zhi
出处
期刊:Fundamental research [Elsevier BV]
卷期号:3 (5): 786-795 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.fmre.2021.08.021
摘要

Electrochemically reducing CO2 to ethanol is attractive but suffers from poor selectivity. Tandem catalysis that integrates the activation of CO2 to an intermediate using one active site and the subsequent formation of hydrocarbons on the other site offers a promising approach, where the control of the intermediate transfer between different catalytic sites is challenging. We propose an internally self-feeding mechanism that relies on the orientation of the mass transfer in a hierarchical structure and demonstrate it using a one-dimensional (1D) tandem core-shell catalyst. Specifically, the carbon-coated Ni-core (Ni/C) catalyzes the transformation of CO2-to-CO, after which the CO intermediates are guided to diffuse to the carbon-coated Cu-shell (Cu/C) and experience the selective reduction to ethanol, realizing the orientated key intermediate transfer. Results show that the Faradaic efficiency for ethanol was 18.2% at -1 V vs. RHE (VRHE) for up to 100 h. The following mechanism study supports the hypothesis that the CO2 reduction on Ni/C generates CO, which is further reduced to ethanol on Cu/C sites. Density functional theory calculations suggest a combined effect of the availability of CO intermediate in Ni/C core and the dimerization of key *CO intermediates, as well as the subsequent proton-electron transfer process on the Cu/C shell.

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