Promoting water dissociation for efficient solar driven CO2 electroreduction via improving hydroxyl adsorption

离解(化学) 光化学 吸附 化学 羟基自由基 化学工程 纳米技术 材料科学 环境化学 物理化学 激进的 有机化学 工程类
作者
Xin Chen,Junxiang Chen,Huayu Chen,Qiqi Zhang,Jiaxuan Li,Jiwei Cui,Yanhui Sun,Defa Wang,Jinhua Ye,Lequan Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 751-751 被引量:101
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36263-z
摘要

Abstract Exploring efficient electrocatalysts with fundamental understanding of the reaction mechanism is imperative in CO 2 electroreduction. However, the impact of sluggish water dissociation as proton source and the surface species in reaction are still unclear. Herein, we report a strategy of promoting protonation in CO 2 electroreduction by implementing oxygen vacancy engineering on Bi 2 O 2 CO 3 over which high Faradaic efficiency of formate (above 90%) and large partial current density (162 mA cm −2 ) are achieved. Systematic study reveals that the production rate of formate is mainly hampered by water dissociation, while the introduction of oxygen vacancy accelerates water dissociation kinetics by strengthening hydroxyl adsorption and reduces the energetic span of CO 2 electroreduction. Moreover, CO 3 * involved in formate formation as the key surface species is clearly identified by electron spin resonance measurements and designed in situ Raman spectroscopy study combined with isotopic labelling. Coupled with photovoltaic device, the solar to formate energy conversion efficiency reaches as high as 13.3%.
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