In Situ/Operando Insights into the Selectivity of CH4/C2H4 in CO2 Electroreduction by Fine‐Tuning the Composition of Cu/SiO2 Catalysts

催化作用 选择性 法拉第效率 质子化 原位 电化学 化学 吸附 无机化学 X射线光电子能谱 化学工程 电极 物理化学 离子 有机化学 工程类
作者
Yan Shen,Shuyan Gong,Shengbo Zhang,Hao Sun,Hao Yu,Lang Chen,Jinyu Han,Hua Wang
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:18 (12): e202402461-e202402461 被引量:3
标识
DOI:10.1002/cssc.202402461
摘要

Copper-silica-based catalysts have drawn much attention for the remarkable product selectivity in the electrochemical CO2 reduction reaction, particularly toward CH4 and C2H4. However, systematic studies exploring the underlying reasons for the selectivity differences are lacking. Herein, Cu/SiO2 catalysts with different Cu/Si ratio are controllably synthesized by fine-tuning the precursor ratio, enabling selective CO2 electroreduction to CH4/C2H4. Specifically, at a current density of 200 mA cm-2, Cu/SiO2-10 including majority of CuSiO3 facilitates the electroreduction of CO2 to CH4 with a Faradaic selectivity ratio of CH4/C2H4 (9.3/1), whereas Cu/SiO2-50 primarily consisting of CuO exhibits a Faradaic selectivity ratio of C2H4/CH4 (16.7/1). X-ray photoelectron spectroscopy and in situ Raman spectroscopic characterization reveal that CuSiO3 in the catalysts remains stable and no valve state change occurs during the reaction, while CuO in the catalysts is reduced in situ to Cu0/Cu+ during the reaction. In situ infrared spectroscopic and temperature-programmed desorption of CO characterization further reveal that CuSiO3 has a stronger protonation capacity and promotes the direct protonation of adsorbed *CO species to CH4, while Cu0/Cu+ is more conducive to the CC coupling between the intermediate species *CHO with adsorbed *CO species to form C2H4 due to the stronger CO adsorption capacity and higher coverage.
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