Enhanced Acidic CO2‐to‐C2+ Reduction via Ionic Liquid Layer Modification

离子液体 图层(电子) 表面改性 无机化学 离子键合 还原(数学) 材料科学 化学 化学工程 纳米技术 离子 物理化学 有机化学 催化作用 工程类 几何学 数学
作者
Qiyou Wang,Yuxiang Liu,Yao Tan,Yusen Xiao,Liling Liao,Junwei Fu,Shilin Zhao,Hongmei Li,Cheng‐Wei Kao,Ting‐Shan Chan,Haiqing Zhou,Feng Li,Liyuan Chai,Lin Zhang,Kang Liu,Min Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202412293
摘要

Abstract Acidic CO 2 electroreduction reaction (CO 2 RR) garners significant attention as a promising approach for cutting carbon density, as it effectively mitigates CO 2 loss by suppressing carbonate species formation. Unfortunately, achieving efficient multi‐carbon products (C 2+ ) production in acidic media remains challenging due to two main limitations: weak CO adsorption on Cu sites and competitive H* adsorption caused by the high concentration protons (H + ). To overcome these challenges, a cation‐anion‐modification strategy is proposed using an ionic liquid layer—1‐Propyl‐3‐methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([PMIM][NTf 2 ])—on Cu surface. Density functional theory calculations predict that PMIM + cation strengthens *CO adsorption through quasi‐hydrogen bonding, while NTf 2 − anion creates a hydrophobic environment, effectively reducing H* coverage and promoting *CO adsorption. Resistance tests demonstrate that [PMIM][NTf 2 ] modification effectively reduced proton diffusion. Attenuated total reflection infrared spectroscopy (ATR‐IR) confirmed the reinforcement of *CO adsorption on the modified Cu surface. As a result, the [PMIM][NTf 2 ] modified Cu catalyst achieved a remarkable partial current density of ≈640 mA cm −2 for C 2+ products, with exceptional faradaic efficiency of 80.1% and durability of ≈20 h at a partial current density exceeding 500 mA cm −2 in a flow cell. This study highlights the potential of cation‐anion modification strategies for significantly enhancing CO 2 RR in acidic media.
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