Promoting ethylene production over a wide potential window on Cu crystallites induced and stabilized via current shock and charge delocalization

材料科学 离域电子 微晶 导电体 法拉第效率 纳米技术 密度泛函理论 氧化还原 电化学 化学物理 化学工程 电极 化学 计算化学 物理化学 冶金 有机化学 工程类 复合材料
作者
Hao Sun,Ling Chen,Likun Xiong,Kun Feng,Yufeng Chen,Xiang Zhang,Xuzhou Yuan,Baiyu Yang,Zhao Deng,Yu Liu,Mark H. Rümmeli,Jun Zhong,Yan Jiao,Yang Peng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:99
标识
DOI:10.1038/s41467-021-27169-9
摘要

Electrochemical CO2 reduction (CO2RR) in a product-orientated and energy-efficient manner relies on rational catalyst design guided by mechanistic understandings. In this study, the effect of conducting support on the CO2RR behaviors of semi-conductive metal-organic framework (MOF) - Cu3(HITP)2 are carefully investigated. Compared to the stand-alone MOF, adding Ketjen Black greatly promotes C2H4 production with a stabilized Faradaic efficiency between 60-70% in a wide potential range and prolonged period. Multicrystalline Cu nano-crystallites in the reconstructed MOF are induced and stabilized by the conducting support via current shock and charge delocalization, which is analogous to the mechanism of dendrite prevention through conductive scaffolds in metal ion batteries. Density functional theory calculations elucidate that the contained multi-facets and rich grain boundaries promote C-C coupling while suppressing HER. This study underlines the key role of substrate-catalyst interaction, and the regulation of Cu crystalline states via conditioning the charge transport, in steering the CO2RR pathway.
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