Catalyst synthesis under CO2 electroreduction favours faceting and promotes renewable fuels electrosynthesis

电合成 刻面 法拉第效率 催化作用 材料科学 选择性 纳米技术 化学 化学工程 电化学 可再生能源 冶金 电气工程 电极 有机化学 工程类 结晶学 物理化学
作者
Yuhang Wang,Ziyun Wang,Cao‐Thang Dinh,Jun Li,Adnan Ozden,Md Golam Kibria,Ali Seifitokaldani,Chih‐Shan Tan,Christine M. Gabardo,Mingchuan Luo,Hua Zhou,Fengwang Li,Yanwei Lum,Christopher McCallum,Yi Xu,Mengxia Liu,Andrew H. Proppe,Andrew Johnston,Petar Todorović́,Tao-Tao Zhuang
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:3 (2): 98-106 被引量:472
标识
DOI:10.1038/s41929-019-0397-1
摘要

The electrosynthesis of C2+ hydrocarbons from CO2 has attracted recent attention in light of the relatively high market price per unit energy input. Today’s low selectivities and stabilities towards C2+ products at high current densities curtail system energy efficiency, which limits their prospects for economic competitiveness. Here we present a materials processing strategy based on in situ electrodeposition of copper under CO2 reduction conditions that preferentially expose and maintain Cu(100) facets, which favour the formation of C2+ products. We observe capping of facets during catalyst synthesis and achieve control over faceting to obtain a 70% increase in the ratio of Cu(100) facets to total facet area. We report a 90% Faradaic efficiency for C2+ products at a partial current density of 520 mA cm−2 and a full-cell C2+ power conversion efficiency of 37%. We achieve nearly constant C2H4 selectivity over 65 h operation at 350 mA cm−2 in a membrane electrode assembly electrolyser. Electrocatalytic reduction of CO2 to multicarbon products is useful for producing high-value chemicals and fuels. Here the authors present a strategy that is based on the in situ electrodeposition of copper under CO2 reduction conditions that preferentially expose and maintain Cu(100) facets, which favour the formation of C2+ products.
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