The Functionality of Surface Hydroxy Groups on the Selectivity and Activity of Carbon Dioxide Reduction over Cuprous Oxide in Aqueous Solutions

催化作用 化学 氧化物 水溶液 二氧化碳电化学还原 密度泛函理论 吸附 选择性 二氧化碳 无机化学 八面体 物理化学 一氧化碳 结晶学 计算化学 有机化学 晶体结构
作者
Piaoping Yang,Zhi‐Jian Zhao,Xiaoxia Chang,Rentao Mu,Shenjun Zha,Gong Zhang,Jinlong Gong
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:130 (26): 7850-7854 被引量:24
标识
DOI:10.1002/ange.201801463
摘要

Abstract Carbon dioxide (CO 2 ) reduction in aqueous solutions is an attractive strategy for carbon capture and utilization. Cuprous oxide (Cu 2 O) is a promising catalyst for CO 2 reduction as it can convert CO 2 into valuable hydrocarbons and suppress the side hydrogen evolution reaction (HER). However, the nature of the active sites in Cu 2 O remains under debate because of the complex surface structure of Cu 2 O under reducing conditions, leading to limited guidance in designing improved Cu 2 O catalysts. This paper describes the functionality of surface‐bonded hydroxy groups on partially reduced Cu 2 O(111) for the CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) by combined density functional theory (DFT) calculations and experimental studies. We find that the surface hydroxy groups play a crucial role in the CO 2 RR and HER, and a moderate coverage of hydroxy groups is optimal for promotion of the CO 2 RR and suppression of the HER simultaneously. Electronic structure analysis indicates that the charge transfer from hydroxy groups to coordination‐unsaturated Cu (Cu CUS ) sites stabilizes surface‐adsorbed COOH*, which is a key intermediate during the CO 2 RR. Moreover, the CO 2 RR was evaluated over Cu 2 O octahedral catalysts with {111} facets and different surface coverages of hydroxy groups, which demonstrates that Cu 2 O octahedra with moderate coverage of hydroxy groups can indeed enhance the CO 2 RR and suppress the HER.
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