CO 2 electroreduction to ethylene via hydroxide-mediated copper catalysis at an abrupt interface

电催化剂 乙烯 电解质 催化作用 氢氧化钾 化学 氢氧化物 法拉第效率 无机化学 一氧化碳 电极 材料科学 化学工程 有机化学 电化学 工程类 物理化学
作者
Cao‐Thang Dinh,Thomas Burdyny,Md Golam Kibria,Ali Seifitokaldani,Christine M. Gabardo,F. Pelayo Garcı́a de Arquer,Amirreza Kiani,Jonathan P. Edwards,Phil De Luna,Oleksandr S. Bushuyev,Chengqin Zou,Rafael Quintero‐Bermudez,Yuanjie Pang,David Sinton,Edward H. Sargent
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:360 (6390): 783-787 被引量:2147
标识
DOI:10.1126/science.aas9100
摘要

Carbon dioxide (CO2) electroreduction could provide a useful source of ethylene, but low conversion efficiency, low production rates, and low catalyst stability limit current systems. Here we report that a copper electrocatalyst at an abrupt reaction interface in an alkaline electrolyte reduces CO2 to ethylene with 70% faradaic efficiency at a potential of -0.55 volts versus a reversible hydrogen electrode (RHE). Hydroxide ions on or near the copper surface lower the CO2 reduction and carbon monoxide (CO)-CO coupling activation energy barriers; as a result, onset of ethylene evolution at -0.165 volts versus an RHE in 10 molar potassium hydroxide occurs almost simultaneously with CO production. Operational stability was enhanced via the introduction of a polymer-based gas diffusion layer that sandwiches the reaction interface between separate hydrophobic and conductive supports, providing constant ethylene selectivity for an initial 150 operating hours.
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