Editable Hydrogen Bond Network Within the Electric Double Layer for CO 2 Reduction

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作者
Jie Yang,Shiju Yu,Jiapeng Jiao,Shiqiang Liu,Meng Zhou,Yiyong Wang,Wenling Zhao,Yaoyu Yin,Hengan Wang,Shipeng Zhang,Z. X. Ling,Huisheng Qin,Ke Li,Xueqing Xing,Qinggong Zhu,Yi Xu,Xiaofu Sun,Xinchen Kang,Buxing Han
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (37): e2945600-e2945600
标识
DOI:10.1002/anie.2945600
摘要

ABSTRACT The hydrogen bond network (HBN) of water is dynamic and highly sensitive to electrified interfaces, where its rigidity can be significantly altered. Tuning this property is crucial, as it directly impacts electrocatalytic performance and is a key requirement for scaling these processes industrially. In this study, the rigidity of the HBN within the electrical double layer (EDL) during electrolysis was edited by introducing different quaternary ammonium cations to a 1 M KHCO 3 buffer solution. CO 2 electroreduction was conducted using the different electrolytes, and the results reveal that the performance is highly dependent on the rigidity of the HBN within the EDL. A HBN with high rigidity favors CO production, whereas a HBN with low rigidity increases the formation of formate and H 2 . Notably, the production of C 2+ is maximized in an electrolyte where the HBN has moderate rigidity. By tuning the rigidity of the HBN, a Faradaic efficiency of 90.9% for C 2+ products is achieved with a current density of 0.81 A cm −2 over a typical Cu electrode. In situ spectroscopic and electrochemical measurements reveal that the rigidity of the HBN governs the configuration of the reaction intermediates and the kinetics of water dissociation, thereby dictating the final product distribution.
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