Steering CO2 Electroreduction to Methane Production Over Copper via Polymer‐Regulated Hydrolysis

材料科学 水解 聚合物 甲烷 化学工程 无机化学 有机化学 冶金 化学 复合材料 工程类
作者
Jiarui Jiang,Juhong Lian,Zhuo Xu,Yuqin Wang,Yi Dong,Junqing Yan,Deng Li,Shengzhong Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202420881
摘要

Abstract Carbon dioxide (CO₂) electroreduction in aqueous electrolytes is a complex electrochemical process that involves the transfer of multiple electrons and protons, resulting in various reaction pathways and products. A critical step in this process is the dissociation of water, which provides protons and significantly affects * CO hydrogenation pathways, as well as hydrogen evolution. In this study, copper‐based catalysts are modified through in situ polymerization of dopamine to create intimate polymer coatings that regulate the surface water dissociation process. This modification leads to a notable shift in the product distribution of CO₂ electroreduction, from predominantly multicarbon compounds to methane, accompanied with the ratio of CH 4 /C 2+ changing from 0.5 to 1.8. At high current densities, the polymer‐modified catalyst exhibited stable methane production with a Faradaic efficiency of up to 60%. Kinetic isotopic effects, in situ infrared spectroscopy, and theoretical calculations revealed that polydopamine plays a crucial role in altering product selectivity by regulating hydrolysis. This work signifies the importance of polymer‐regulated hydrolysis to steer the electrochemical CO 2 reduction pathways.
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