Cavity‐Networked Copper Nanocatalysts with Acid‐Tolerant Microenvironments for Efficient CO 2 Electroreduction to Ethylene

材料科学 纳米材料基催化剂 法拉第效率 乙烯 电化学 电解质 纳米结构 纳米材料 选择性 化学工程 阳极 电极 无机化学 纳米技术 可逆氢电极 催化作用 碳纤维 电流密度 阴极 反应机理 反应中间体 协同催化 还原(数学) 碳纳米管 二氧化碳电化学还原 乙二醇
作者
Zhongshuang Xu,Qikui Fan,Huanran Miao,Xinwei Zhang,Hongyu Zhang,Xi Cao,Pengxu Yan,Xiai Zhang,Zhimao Yang,Jian Yang,Chuncai Kong
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (11) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202520743
摘要

Abstract Gasophilic/hydrophobic microstructured Cu nanomaterials address the multi‐carbon (C 2+ ) selectivity bottleneck in electrocatalytic CO 2 reduction reaction (CO 2 RR), yet their morphological control is hindered by low reduction potentials and high surface atomic mobility. This study reports a bioinspired gas‐trapping hydrophobic Cu nanostructure (BGH‐Cu) via in situ electrochemical reconstruction, forming an interconnected cavity network that confers gasophilic/hydrophobic properties. Mechanistic studies reveal cavities act as dynamic electrolyte reservoirs, selectively retaining OH − /K + to suppress proton transport and create a local micro‐alkaline environment, while cavity‐enhanced cation enrichment synergizes with C─C coupling. BGH‐Cu achieves C 2 H 4 Faradaic efficiency of 54.7% at current density of 600 mA cm −2 in strongly acidic conditions (pH 1), with 63.7% single‐pass carbon efficiency and 40 h stability in a membrane electrode assembly configuration. This work provides a non‐extreme synthesis strategy for gasophilic/hydrophobic Cu nanomaterials, elucidates the “cavity microenvironment modulation” mechanism for C 2+ selectivity, and offers a new paradigm for high‐current‐density acidic CO 2 RR to C 2+ products.
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