Modulating adsorbed hydrogen drives electrochemical CO2-to-C2 products

离解(化学) 催化作用 纳米颗粒 法拉第效率 质子化 电合成 电催化剂 电化学 化学 吸附 活动站点 无机化学 材料科学 纳米技术 电极 离子 物理化学 有机化学
作者
Jiaqi Feng,Libing Zhang,Shoujie Liu,Liang Xu,Xiaodong Ma,Xingxing Tan,Limin Wu,Qingli Qian,Tianbin Wu,Jianling Zhang,Xiaofu Sun,Buxing Han
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:103
标识
DOI:10.1038/s41467-023-40412-9
摘要

Electrocatalytic CO2 reduction is a typical reaction involving two reactants (CO2 and H2O). However, the role of H2O dissociation, which provides active *H species to multiple protonation steps, is usually overlooked. Herein, we construct a dual-active sites catalyst comprising atomic Cu sites and Cu nanoparticles supported on N-doped carbon matrix. Efficient electrosynthesis of multi-carbon products is achieved with Faradaic efficiency approaching 75.4% with a partial current density of 289.2 mA cm-2 at -0.6 V. Experimental and theoretical studies reveal that Cu nanoparticles facilitate the C-C coupling step through *CHO dimerization, while the atomic Cu sites boost H2O dissociation to form *H. The generated *H migrate to Cu nanoparticles and modulate the *H coverage on Cu NPs, and thus promote *CO-to-*CHO. The dual-active sites effect of Cu single-sites and Cu nanoparticles gives rise to the catalytic performance.
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