A surface strategy boosting the ethylene selectivity for CO2 reduction and in situ mechanistic insights

原位 选择性 乙烯 密度泛函理论 电化学 乙二醇 化学 组合化学 纳米技术 材料科学 催化作用 计算化学 有机化学 电极 物理化学
作者
Yinchao Yao,Tong Shi,Wenxing Chen,Jiehua Wu,Yunying Fan,Yichun Liu,Liang Cao,Zhuo Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 1257-1257 被引量:101
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45704-2
摘要

Electrochemical reduction of carbon dioxide into ethylene, as opposed to traditional industrial methods, represents a more environmentally friendly and promising technical approach. However, achieving high activity of ethylene remains a huge challenge due to the numerous possible reaction pathways. Here, we construct a hierarchical nanoelectrode composed of CuO treated with dodecanethiol to achieve elevated ethylene activity with a Faradaic efficiency reaching 79.5%. Through on in situ investigations, it is observed that dodecanethiol modification not only facilitates CO2 transfer and enhances *CO coverage on the catalyst surfaces, but also stabilizes Cu(100) facet. Density functional theory calculations of activation energy barriers of the asymmetrical C-C coupling between *CO and *CHO further support that the greatly increased selectivity of ethylene is attributed to the thiol-stabilized Cu(100). Our findings not only provide an effective strategy to design and construct Cu-based catalysts for highly selective CO2 to ethylene, but also offer deep insights into the mechanism of CO2 to ethylene.
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