Boosting the electroreduction of CO2 to liquid products via nanostructure engineering of Cu2O catalysts

化学 催化作用 纳米结构 Boosting(机器学习) 纳米技术 电化学 化学工程 多相催化 有机化学 电极 物理化学 材料科学 机器学习 计算机科学 工程类
作者
Fubin Yang,Tao Yang,Jing Li,Pengfei Li,Quan Zhang,Huihui Lin,Luyan Wu
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier]
卷期号:432: 115458-115458
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2024.115458
摘要

The electrochemical reduction of CO2 presents a promising pathway for storing intermittent renewable energy in the form of chemical bonds, thereby mitigating CO2 emissions and enabling the production of sustainable fuels. In this work, we demonstrate nanoscale engineering of oxygen vacancy and morphology simultaneously on Cu2O catalysts for electrochemical reduction of CO2 to liquid products (formate and ethanol). By comparing the performance of cube- and tetrakaidecahedron-like Cu2O catalysts, we have demonstrated that the flower-like Cu2O catalyst, enclosed with rich oxygen vacancy defects, exhibited superior performance in the reduction of CO2 to liquid products. Moreover, the synergetic role of Cu+ also contributed to the enhanced activity by promoting CO2 adsorption and facilitating C–C coupling. As a result, the peak Faradaic efficiency (FE) for liquid products of 95.5 % was obtained, associated with a high ethanol FE of 52.6 % and formation rate of 23.8 μmol h−1 cm−2 within a H-cell. Furthermore, within a flow cell configuration, we have observed a significant improvement in the generation of formate, maintaining FE values above 70 % even under high current densities of up to 400 mA cm−2. In-situ Raman spectroscopic measurements allow us to identify and track key intermediates involved in the CO2 reduction to formate and ethanol. This detailed understanding of the reaction pathways adds to our fundamental knowledge and provides valuable insights for the development of morphology-controlled electrocatalysts targeting efficient conversion of CO2 into liquid products.
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