Oxygen vacancy and facet engineering of cuprous oxide by doping transition metal oxides for boosting alcohols selectivity in electrochemical CO2 reduction

选择性 催化作用 化学 过渡金属 无机化学 电化学 氧气 氧化物 兴奋剂 金属 吸附 材料科学 物理化学 电极 有机化学 光电子学
作者
Yafei Guo,Bingqian Liu,Yuxuan Gao,Yangna Luo,Jiayi Zhao,Zijing Zhang,Chuanwen Zhao
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:556: 232468-232468 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232468
摘要

Nanostructured Cu-based catalysts have gained much attention for electrochemical CO2 reduction (ECR) to value-added alcohols, while they are facing the challenges of unsatisfactory catalytic activity and selectivity. Herein, oxygen vacancy and facet engineering strategies are employed to modulate the ECR performance of Cu2O by doping transition metal oxides (TMOs). TMOs doping improves CO2 conversion by suppressing hydrogen evolution reaction (HER). The catalyst doped with 0.001 mol% ZnO exhibits a high alcohols Faradaic efficiency of 63.67% at −0.3 V vs. RHE, which exceeds that of the bare Cu2O (35.4%). The enhanced activity and alcohols selectivity is ascribed to the enriched oxygen vacancy defects (57.26%) for enhanced CO2 adsorption and activation and the synergistic effect between Cu and Zn sites for facilitated CO* protonation and C–C coupling. Alcohols selectivity increases from 56.87% to 64.27% and then declines to 63.67% with the increasing ZnO molar ratio from 0.00025 to 0.001. The Cu2O–ZnO-0.0005 catalyst features the octahedral structure (enclosed by the (111) and (100) facets) exhibits favorable ECR performance with the highest alcohols selectivity of 64.27% at −0.3 V vs. RHE. The enhanced alcohols selectivity is associated with the facet-dependent effect, as the exposed (111) facet favors CO2 adsorption and activation in ECR.
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