Atomically dispersed cerium on copper tailors interfacial water structure for efficient CO-to-acetate electroreduction

电解 法拉第效率 催化作用 选择性 电催化剂 电合成 合成气 化学 材料科学 化学工程 无机化学 电化学 电极 有机化学 物理化学 工程类 电解质
作者
Peng‐Peng Yang,Zhi‐Zheng Wu,Ye-Cheng Li,Shu-Ping Sun,Yu‐Cai Zhang,Jing-Wen DuanMu,Pu‐Gan Lu,Xiaolong Zhang,Fei‐Yue Gao,Yu Yang,Ye-Hua Wang,Peng-Cheng Yu,Shikuo Li,Min‐Rui Gao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 2811-2811 被引量:20
标识
DOI:10.1038/s41467-025-58109-6
摘要

Electrosynthesis of acetate from carbon monoxide (CO) powered by renewable electricity offers one promising avenue to obtain valuable carbon-based products but undergoes unsatisfied selectivity because of the competing hydrogen evolution reaction. We report here a cerium single atoms (Ce-SAs) modified crystalline-amorphous dual-phase copper (Cu) catalyst, in which Ce SAs reduce the electron density of the dual-phase Cu, lowering the proportion of interfacial K+ ion hydrated water (K·H2O) and thereby decreasing the H* coverage on the catalyst surface. Meanwhile, the electron transfer from dual-phase Cu to Ce SAs yields Cu+ species, which boost the formation of active atop-adsorbed *CO (COatop), improving COatop-COatop coupling kinetics. These together lead to the preferential pathway of ketene intermediate (*CH2-C=O) formation, which then reacts with OH- enriched by pulsed electrolysis to generate acetate. Using this catalyst, we achieve a high Faradaic efficiency of 71.3 ± 2.1% toward acetate and a time-averaged acetate current density of 110.6 ± 2.0 mA cm-2 under a pulsed electrolysis mode. Furthermore, a flow-cell reactor assembled by this catalyst can produce acetate steadily for at least 138 hours with selectivity greater than 60%.
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