Surface Hydroxyl-Mediated Stabilization of Cu+ Species in Ga-Doped Cu2O Catalysts for Sustained CO2 Electroreduction to Ethylene

催化作用 材料科学 乙烯 兴奋剂 无机化学 核化学 有机化学 冶金 化学 光电子学
作者
Weikun Ren,Guixi Wang,Feike Zhang,Jun Wang,Kang Ji,Xiaojun Wang,Xiaoke Li,H. J. Yang,Ruilong Liu,Yingjie Ji,Shiyu Wang,Zhijie Chen,Bing‐Jie Ni,Jiangzhou Xie,Zhiyu Yang,Yi‐Ming Yan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (36): 50794-50804 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.5c12695
摘要

The presence of surface hydroxyl (*OH) species plays a critical role in modulating the selectivity and stability of Cu2O catalysts during CO2 electroreduction to ethylene and ethanol. However, the underlying mechanism by which *OH adsorption contributes to Cu2O stability remains poorly understood. In this study, we report the development of a Ga-doped Cu2O (Ga–Cu2O) catalyst, where Ga promotes the adsorption of *OH species on the catalyst surface. This enhanced *OH adsorption strengthens Cu–O interactions and improves the stability of Cu+ species. In situ Raman spectroscopy and theoretical calculations reveal that Ga incorporation facilitates *OH formation, which in turn increases orbital overlap between Cu 3d and O 2p orbitals. This interaction suppresses lattice oxygen leaching and contributes to the stabilization of Cu+. As a result, Ga–Cu2O exhibits a stable ethylene production rate sustained for over 50 h, achieving a Faradaic efficiency (FE) for C2H4 of 26.4%, which is 1.4 times higher than that of pure Cu2O. These findings offer mechanistic insights into the role of the catalyst microenvironment in Cu+ stabilization during CO2RR and provide valuable guidance for the rational design of more efficient and durable CO2 reduction catalysts.
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