Electroreduction of CO2 to Formate on a Copper-Based Electrocatalyst at High Pressures with High Energy Conversion Efficiency

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作者
Jiachen Li,Yun Kuang,Yongtao Meng,Xin Tian,Wei Hsuan Hung,Xiao Zhang,Aowen Li,Mingquan Xu,Wu Zhou,Ching‐Shun Ku,Ching-Yu Chiang,Guanzhou Zhu,Jinyu Guo,Xiaoming Sun
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (16): 7276-7282 被引量:146
标识
DOI:10.1021/jacs.0c00122
摘要

Electrocatalytic CO2 reduction (CO2RR) to valuable fuels is a promising approach to mitigate energy and environmental problems, but controlling the reaction pathways and products remains challenging. Here a novel Cu2O nanoparticle film was synthesized by square-wave (SW) electrochemical redox cycling of high-purity Cu foils. The cathode afforded up to 98% Faradaic efficiency for electroreduction of CO2 to nearly pure formate under ≥45 atm CO2 in bicarbonate catholytes. When this cathode was paired with a newly developed NiFe hydroxide carbonate anode in KOH/borate anolyte, the resulting two-electrode high-pressure electrolysis cell achieved high energy conversion efficiencies of up to 55.8% stably for long-term formate production. While the high-pressure conditions drastically increased the solubility of CO2 to enhance CO2 reduction and suppress hydrogen evolution, the (111)-oriented Cu2O film was found to be important to afford nearly 100% CO2 reduction to formate. The results have implications for CO2 reduction to a single liquid product with high energy conversion efficiency.
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