Copper-on-nitride enhances the stable electrosynthesis of multi-carbon products from CO2

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作者
Zhi Liang,Tao Zhuang,Ali Seifitokaldani,Jun Li,Chun‐Wei Huang,Chih‐Shan Tan,Yi Li,Phil De Luna,Cao‐Thang Dinh,Yongfeng Hu,Qunfeng Xiao,Pei-Lun Hsieh,Yuhang Wang,Fengwang Li,Rafael Quintero‐Bermudez,Yansong Zhou,Peining Chen,Yuanjie Pang,Shou-Chih Lo,Lih J. Chen,Hairen Tan,Zheng Xu,Suling Zhao,David Sinton,Edward H. Sargent
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1) 被引量:305
标识
DOI:10.1038/s41467-018-06311-0
摘要

Copper-based materials are promising electrocatalysts for CO2 reduction. Prior studies show that the mixture of copper (I) and copper (0) at the catalyst surface enhances multi-carbon products from CO2 reduction; however, the stable presence of copper (I) remains the subject of debate. Here we report a copper on copper (I) composite that stabilizes copper (I) during CO2 reduction through the use of copper nitride as an underlying copper (I) species. We synthesize a copper-on-nitride catalyst that exhibits a Faradaic efficiency of 64 ± 2% for C2+ products. We achieve a 40-fold enhancement in the ratio of C2+ to the competing CH4 compared to the case of pure copper. We further show that the copper-on-nitride catalyst performs stable CO2 reduction over 30 h. Mechanistic studies suggest that the use of copper nitride contributes to reducing the CO dimerization energy barrier-a rate-limiting step in CO2 reduction to multi-carbon products.
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