Architectural Design for Enhanced C2 Product Selectivity in Electrochemical CO2 Reduction Using Cu-Based Catalysts: A Review

氧合物 电催化剂 催化作用 电化学 选择性 纳米技术 材料科学 化石燃料 化学 化学工程 有机化学 电极 物理化学 工程类
作者
Changlong Xiao,Jie Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (5): 7975-8000 被引量:177
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c10697
摘要

Electrochemical CO2 reduction to value-added chemicals and fuels is a promising approach to mitigate the greenhouse effect arising from anthropogenic CO2 emission and energy shortage caused by the depletion of nonrenewable fossil fuels. The generation of multicarbon (C2+) products, especially hydrocarbons and oxygenates, is of great interest for industrial applications. To date, Cu is the only metal known to catalyze the C–C coupling in the electrochemical CO2 reduction reaction (eCO2RR) with appreciable efficiency and kinetic viability to produce a wide range of C2 products in aqueous solutions. Nonetheless, poor product selectivity associated with Cu is the main technical problem for the application of the eCO2RR technology on a global scale. Based on extensive research efforts, a delicate and rational design of electrocatalyst architecture using the principles of nanotechnology is likely to significantly affect the adsorption energetics of some key intermediates and hence the inherent reaction pathways. In this review, we summarize recent progress that has been achieved by tailoring the electrocatalyst architecture for efficient electrochemical CO2 conversion to the target C2 products. By considering the experimental and computational results, we further analyze the underlying correlations between the architecture of a catalyst and its selectivity toward C2 products. Finally, the major challenges are outlined, and directions for future development are suggested.
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