Selective CO2 Reduction to Ethylene Mediated by Adaptive Small‐molecule Engineering of Copper‐based Electrocatalysts

催化作用 分子 选择性 拉曼光谱 电化学 乙烯 化学 材料科学 化学工程 光化学 纳米技术 无机化学 物理化学 有机化学 工程类 电极 物理 光学
作者
Shenghua Chen,Chengliang Ye,Ziwei Wang,Peng Li,Wenjun Jiang,Zechao Zhuang,Jiexin Zhu,Xiaobo Zheng,Shahid Zaman,Honghui Ou,Lei Lv,Lin Tan,Yaqiong Su,Jiang Ouyang,Dingsheng Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (50) 被引量:102
标识
DOI:10.1002/anie.202315621
摘要

Electrochemical CO2 reduction reaction (CO2 RR) over Cu catalysts exhibits enormous potential for efficiently converting CO2 to ethylene (C2 H4 ). However, achieving high C2 H4 selectivity remains a considerable challenge due to the propensity of Cu catalysts to undergo structural reconstruction during CO2 RR. Herein, we report an in situ molecule modification strategy that involves tannic acid (TA) molecules adaptive regulating the reconstruction of a Cu-based material to a pathway that facilitates CO2 reduction to C2 H4 products. An excellent Faraday efficiency (FE) of 63.6 % on C2 H4 with a current density of 497.2 mA cm-2 in flow cell was achieved, about 6.5 times higher than the pristine Cu catalyst which mainly produce CH4 . The in situ X-ray absorption spectroscopy and Raman studies reveal that the hydroxyl group in TA stabilizes Cuδ+ during the CO2 RR. Furthermore, theoretical calculations demonstrate that the Cuδ+ /Cu0 interfaces lower the activation energy barrier for *CO dimerization, and hydroxyl species stabilize the *COH intermediate via hydrogen bonding, thereby promoting C2 H4 production. Such molecule engineering modulated electronic structure provides a promising strategy to achieve highly selective CO2 reduction to value-added chemicals.
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