Long‐Range Confinement‐Driven Enrichment of Surface Oxygen‐Relevant Species Promotes C−C Electrocoupling in CO2 Reduction

材料科学 吸附 催化作用 氧气 介孔材料 化学工程 氧化物 表面工程 纳米技术 析氧 化学物理 物理化学 电化学 化学 电极 有机化学 工程类 冶金
作者
Fuping Pan,Xinyi Duan,Lingzhe Fang,Haoyang Li,Zhen Xu,Yu Wang,Teng Wang,Tao Li,Zhiyao Duan,Kai‐Jie Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (7) 被引量:39
标识
DOI:10.1002/aenm.202303118
摘要

Abstract CO 2 reduction is a highly attractive route to transform CO 2 into useful feedstocks, of which C 2 products are more desired than C 1 , yet face high kinetic barriers of C−C electrocoupling. Here, the engineering of pore‐enabled local confinement reaction environments is reported for tuning the enrichment of surface‐adsorbed oxygen‐relevant species and the establishment of their pronounced benefits in promoting C−C coupling over oxide‐derived Cu‐based catalysts. A new approach of utilizing the microphase separation of a block copolymer is developed to fabricate bicontinuous mesoporous CuO nanofibers (CuO‐BPNF). The enhanced confinement from long‐range mesochannels enables the adsorption of OH ad /O ad on the Cu surface at a wide negative potential range of −0.7 – −1.3 V in CO 2 reduction, which cannot be achieved over conventional deficient and short‐range pores. Constant‐potential DFT calculations reveal that the surface‐bound oxygen species weakens *CO affinity with the Cu (111) surface and lowers the kinetic barriers for both *CO−CO dimerization and *CO hydrogenation to enable *CO−CHO coupling. Accordingly, a CO 2 ‐to‐C 2 Faradaic efficiency of 74.7% over CuO‐BPNF is shown, significantly larger than counterparts with conventional pores. This work offers a general design principle of confinement engineering to manage the adsorption of reactive species for steering reaction pathways in interfacial catalysis.
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