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) 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 氧化物 离子 化学工程 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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