Highly selective plasma-activated copper catalysts for carbon dioxide reduction to ethylene

催化作用 二氧化碳电化学还原 氧化铜 电化学 乙烯 二氧化碳 氧化物 选择性 环氧乙烷 碳氢化合物 化学工程 无机化学 材料科学 化学 电极 一氧化碳 有机化学 冶金 复合材料 聚合物 共聚物 物理化学 工程类
作者
Hemma Mistry,Ana Sofía Varela,Cecile S. Bonifacio,Ioannis Zegkinoglou,Ilya Sinev,Yong‐Wook Choi,Kim Kisslinger,Eric A. Stach,Judith C. Yang,Peter Strasser,Beatriz Roldán Cuenya
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1): 12123-12123 被引量:1192
标识
DOI:10.1038/ncomms12123
摘要

Abstract There is an urgent need to develop technologies that use renewable energy to convert waste products such as carbon dioxide into hydrocarbon fuels. Carbon dioxide can be electrochemically reduced to hydrocarbons over copper catalysts, although higher efficiency is required. We have developed oxidized copper catalysts displaying lower overpotentials for carbon dioxide electroreduction and record selectivity towards ethylene (60%) through facile and tunable plasma treatments. Herein we provide insight into the improved performance of these catalysts by combining electrochemical measurements with microscopic and spectroscopic characterization techniques. Operando X-ray absorption spectroscopy and cross-sectional scanning transmission electron microscopy show that copper oxides are surprisingly resistant to reduction and copper + species remain on the surface during the reaction. Our results demonstrate that the roughness of oxide-derived copper catalysts plays only a partial role in determining the catalytic performance, while the presence of copper + is key for lowering the onset potential and enhancing ethylene selectivity.
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