Ce3+/Ce4+ Ion Redox Shuttle Stabilized Cuδ+ for Efficient CO2 Electroreduction to C2H4

法拉第效率 氧化还原 X射线光电子能谱 氧化态 化学 无机化学 可逆氢电极 碳纤维 镧系元素 离子 电化学 材料科学 电极 化学工程 催化作用 物理化学 工作电极 有机化学 复合材料 工程类 复合数
作者
Xiang Liu,Ting Liu,Ting Ouyang,Jiguang Deng,Zhao‐Qing Liu,Zhao‐Qing Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (7): e202419796-e202419796 被引量:73
标识
DOI:10.1002/anie.202419796
摘要

Abstract The CO 2 electroreduction reaction has advantages in clean and pollution‐free carbon conversion, but it still faces challenges in carbon utilization efficiency and improving the selectivity of C 2 products. Although the dynamic Cu δ+ state is known to favor the C−C coupling process, the suitable Cu δ+ species for electrocatalytic reduction of CO 2 are difficult to maintain under the conditions of strong reduction and large current. Herein, we propose a Ce doping strategy to stabilize the Cu δ+ state (Ce/CuO x ) during the CO 2 RR process, which enables a high Faradaic efficiency of 60 % for multi‐carbon products (40 % for C 2 H 4 , 14 % for CH 3 CH 2 OH, and 6 % for CH 3 COOH), and 25 h stability at −1.2 V versus the reversible hydrogen electrode. In situ infrared spectroscopy, in situ X‐ray photoelectron spectroscopy combined with density functional theory calculations reveal that the Cu δ+ is stabilized by the redox ion pairs of Ce, which reduces the energy barrier of *CO coupling, and improves the Faraday efficiency of electrocatalytic CO 2 reduction of C 2 H 4 . This work provides a new idea to make full use of lanthanide variable value metals for advanced catalysis and clean energy conversion.
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