Grain Boundary-Engineered Cu 2 O for Selective CO 2 -to-Acetate Conversion

选择性 催化作用 晶界 乙烯 化学 化学工程 乙醇 膜 材料科学 无机化学 纳米结构 电极 乙醇燃料 联轴节(管道) 醋酸甲酯 多相催化 活动站点 粒度
作者
Lei Wang,Subhajit Jana,Chengqian Wu,Yanna Chen,Xiaodong Li,Yimin A. Wu
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:39 (48): 22797-22805 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.5c05105
摘要

Direct electrocatalytic CO 2 reduction (eCO 2 RR) to acetate in membrane electrode assembly (MEA) electrolyzers offers a promising pathway for sustainable chemical production. However, achieving selective C–C coupling toward acetate remains highly challenging because of competing multicarbon (C 2+ ) formation pathways. Herein, we propose a grain boundary engineering strategy to regulate acetate selectivity. Unlike conventional Cu-based catalysts that primarily produce ethylene and ethanol, introducing high-density grain boundaries fundamentally reshapes the local microenvironment of catalyst. This structural modification stabilizes absorbed CO intermediates and alters the local coordination of active Cu sites, thus suppressing competing ethylene and ethanol pathways. As a result, this structural control achieves a remarkable acetate selectivity of 38% and maintains a stable operation over 47 h at 100 mA cm –2 in a 5 cm 2 MEA electrolyzer, representing the highest acetate selectivity under neutral conditions. Our findings establish a direct structure–selectivity correlation between grain boundary density and acetate production, highlighting grain boundary engineering as a powerful and generalizable strategy for designing defect-driven catalysts in practical CO 2 electrolysis.
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