Methanol‐Facilitated Surface Reconstruction Catalysts for Near 200% Faradaic Efficiency in a Coupled System

甲醇 催化作用 法拉第效率 材料科学 曲面(拓扑) 环境科学 工艺工程 计算机科学 化学 工程类 物理化学 数学 几何学 有机化学 电极 电解质
作者
Qing Xia,Chengkai Jin,Yu Lun Huang,Yanjie Zhai,Wenkai Han,Jie Wu,Chuan Xia,Chun Che Lin,Xunhua Zhao,Xiao Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (30) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adfm.202314596
摘要

Abstract The coupling of the carbon dioxide reduction reaction (CO 2 RR) and methanol oxidation reaction (MOR) holds great promise for the energy‐efficient production of HCOO − . However, anode catalysts' limited selectivity (<80%) and stability (<15 h) have impeded electron utilization and HCOO − production rates. To overcome it, copper‐copper(I) oxide‐copper(II) oxide nanowires (Cu─CuO─Cu 2 O NWs) catalysts have been developed, which exhibit exceptional performance in promoting the MOR with a faradic efficiency of nearly 100% at commercially viable current densities, and long stability over 100 h at 100 mA cm −2 . Interestingly, the unique structure of the catalysts, when exposed to methanol, facilitates a transition from Cu/CuO to Cu 2 O. This phenomenon promotes the MOR while inhibiting the competitive oxygen evolution reaction (OER). By coupling the anodic reaction with cathodic CO 2 reduction, the system demonstrates exceptional performance in HCOO − production, achieving an overall faradic efficiency of nearly 200% at 100 mA cm −2 with a low cell voltage of 2.382 V. Techno‐economic analysis indicates that the production costs of HCOOH are ≈US$0.37 and 0.35 kg −1 at 100 and 150 mA cm −2 , respectively, significantly lower than those associated with traditional electrochemical methods.
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