Differential Chloride Affinity Over Amorphous‐Crystalline Interfaces Drives Asymmetric C─C Coupling for Neutral CO 2 Electroreduction to Ethanol

材料科学 催化作用 选择性 电解质 法拉第效率 联轴节(管道) 铜 电解 吸附 乙醇 可逆氢电极 无机化学 电化学 电极 电催化剂 密度泛函理论 膜 氧化物 离子 化学工程 氢 组合化学 碳氢化合物 支撑电解质 氯化物
作者
Chenyang Wu,Na Li,Yi Shen,Linyu Chen,Qulan Zhou,Zhiyong Huang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (39) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202530136
摘要

ABSTRACT Electrocatalytic CO 2 reduction to ethanol in neutral electrolytes represents a promising pathway for carbon neutrality, yet the selectivity remains unsatisfactory due to inefficient C─C coupling and competitive hydrocarbon production. Herein, a copper oxide catalyst with enriched amorphous‐crystalline interfaces (IR‐CuO x ) exhibits differential Cl − affinity, effectively steering the CO 2 reduction pathway toward ethanol. The obtained IR‐CuO x catalyst achieves a remarkable ethanol Faradaic efficiency (FE) of 56.77% at −1.1 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE) in 0.1 m KCl electrolyte. Impressively, with IR‐CuO x as the cathode, the integrated membrane electrode assembly (MEA) electrolyzer could stably operate for over 70 h under an industrial‐level current density of 200 mA·cm −2 , with ethanol FE remaining above 45%. Experimental characterizations and theoretical calculations demonstrate that the differential Cl − affinity over amorphous‐crystalline interfaces synergistically combines the * CO hydrogenation capability at weak Cl − affinity sites with the enhanced C─C coupling capability at strong Cl − affinity sites, favoring asymmetric * CO‐ * CHO coupling to generate the key * CHCOH intermediate. Additionally, the differential Cl − affinity further strengthens the C─O bond and weakens the Cu─C interaction, facilitating the hydrogenation of * CHCOH toward ethanol. This work offers fundamental understandings of surface anion adsorption behaviors for designing efficient electrocatalysts toward neutral CO 2 −to‐ethanol conversion.
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