Turning the Selectivity of CO Electroreduction from Acetate to Ethanol by Alloying FCC-Phased Cu with Atomically Dispersed Mn Atoms

选择性 乙醇 材料科学 电催化剂 无机化学 催化作用 化学工程 化学 冶金 电化学 物理化学 电极 有机化学 工程类
作者
Zhipeng Chen,Yusi Zhao,Gen Liu,Hongna Zhang,Yan Yan,Qingping Ke,Mingkai Liu,Licheng Liu,Zhiqun Lin
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c01205
摘要

The predominant product of CO electroreduction (COER) is often acetate, with the Faradaic efficiency (FE) for ethanol usually falling below 50%. Herein, we propose a unique strategy to enhance product selectivity in COER, shifting it from acetate predominance toward ethanol generation via alloying atomic manganese (Mn) atoms with a face-centered cubic (FCC) copper (Cu) catalyst. By optimizing the atomic ratio of Mn to Cu, we observe an impressive enhancement of 8.8-fold for the ethanol-to-acetate FE ratio in the optimal Mn3Cu97 alloy compared to unalloyed FCC-phase Cu. Mn3Cu97 demonstrates a remarkable ethanol FE of nearly 70% at a high current density of 600 mA cm-2 in a membrane electrode assembly electrolyzer. Further theoretical analysis reveals that atomically dispersed Mn atoms generate synergistic active sites and modulate the adsorption strength of critical intermediates relevant to ethanol synthesis, thereby facilitating the transition from the acetate pathway to the ethanol pathway.

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