Surface-immobilized cross-linked cationic polyelectrolyte enables CO2 reduction with metal cation-free acidic electrolyte

电解质 无机化学 催化作用 化学 法拉第效率 电化学 聚电解质 甲酸 碳酸氢盐 碱金属 电极 色谱法 有机化学 聚合物 物理化学
作者
Hai‐Gang Qin,Yun-Fan Du,Yi‐Yang Bai,Fuzhi Li,Xian Yue,Hao Wang,Jianzhao Peng,Jun Gu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 5640-5640 被引量:176
标识
DOI:10.1038/s41467-023-41396-2
摘要

Abstract Electrochemical CO 2 reduction in acidic electrolytes is a promising strategy to achieve high utilization efficiency of CO 2 . Although alkali cations in acidic electrolytes play a vital role in suppressing hydrogen evolution and promoting CO 2 reduction, they also cause precipitation of bicarbonate on the gas diffusion electrode (GDE), flooding of electrolyte through the GDE, and drift of the electrolyte pH. In this work, we realize the electroreduction of CO 2 in a metal cation-free acidic electrolyte by covering the catalyst with cross-linked poly-diallyldimethylammonium chloride. This polyelectrolyte provides a high density of cationic sites immobilized on the surface of the catalyst, which suppresses the mass transport of H + and modulates the interfacial field strength. By adopting this strategy, the Faradaic efficiency (FE) of CO reaches 95 ± 3% with the Ag catalyst and the FE of formic acid reaches 76 ± 3% with the In catalyst in a 1.0 pH electrolyte in a flow cell. More importantly, with the metal cation-free acidic electrolyte the amount of electrolyte flooding through the GDE is decreased to 2.5 ± 0.6% of that with alkali cation-containing acidic electrolyte, and the FE of CO maintains above 80% over 36 h of operation at −200 mA·cm −2 .
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