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

格式化 法拉第效率 化学 电解 电催化剂 阴极 无机化学 阳极 电化学 氧化还原 催化作用 化学工程 电极 电解质 有机化学 物理化学 工程类
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,Hongjie Dai
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (16): 7276-7282 被引量:257
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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