Atomically Isolated Pd Sites Promote Electrochemical CO Reduction to Acetate through a Protonation-Regulated Mechanism

化学 质子化 电化学 机制(生物学) 还原(数学) 组合化学 立体化学 有机化学 电极 离子 物理化学 认识论 几何学 数学 哲学
作者
Shuying Li,Gong Zhang,Xiao Ma,Hui Gao,Donglong Fu,Tuo Wang,Jianrong Zeng,Zhi‐Jian Zhao,Peng Zhang,Jinlong Gong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (46): 31927-31934 被引量:33
标识
DOI:10.1021/jacs.4c11276
摘要

Electrochemical CO reduction reaction (CORR) offers a promising approach for sustainable acetate production, the promotion of which requires the control of multiple protonation steps. This paper describes the synthesis of atomically isolated Pd sites onto Cu nanoflakes to regulate the protonation of key intermediates. The Pd sites with moderate water activation capability are found to enhance the protonation of *CO at the neighboring Cu site to *COH, which is confirmed to be the rate-determining step through kinetic isotope effect studies. The formation of *COH-*CO is therefore promoted. Additionally, the Pd sites would preferentially protonate the C-OH group in *COH-*CO due to the spatial approximability and electronic modulation effects, generating *CCO for the selective formation of acetate. An acetate Faradaic efficiency of 59.5% is achieved at -0.78 V vs reversible hydrogen electrode (RHE), with a maximum partial current density of 286 mA cm-2 at -0.86 V vs RHE. The optimized catalyst also exhibits long-term stability for 500 h at 100 mA cm-2 in a membrane electrode assembly. This work reveals a new promoting mechanism for selective CORR with simultaneous tuning of the structural and electronic properties of the proton-supplying sites.
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