Lutetium‐Mediated *OH Adsorption Tuning: Modulating *CH 2 CHO Transformation Pathways for Selective CO 2 Electroreduction to C 2 H 4 or CH 3 CH 2 OH

吸附 密度泛函理论 选择性 催化作用 法拉第效率 材料科学 键裂 兴奋剂 磷酸肽 物理化学 结晶学 结合能 格子(音乐) 化学 选择性吸附 活化能 劈理(地质) 电化学 立体化学 金属 产物抑制
作者
B H Chen,Yue Shen,Jie Yang,Chunyan Zhou,Xinguo Zhang,Huibing He,Yuemei Liao,Qi Wu,J Huang,Meixing Nong,Hongwei Lu,Binbin Luo,Qi Pang,L E T A O Zhou,Peican Chen,Anxiang Guan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (66)
标识
DOI:10.1002/adfm.77007
摘要

ABSTRACT Selective electroreduction of CO 2 into C 2 H 4 or C 2 H 5 OH is a high challenge. In this study, we achieved precise regulation of CO 2 RR selectivity by preparing lutetium‐doped CuO nanosheets (Lu/CuONS‐x) with varying Lu contents, where *OH adsorption behavior and intermediate dynamics are tailored by Lu doping. At 7% Lu doping, Lu atoms substitute Cu lattice sites, enhancing linear *OH (*OH L ) adsorption and strengthening the binding of the key intermediate for C 2 products formation. This induces a longer C−O bond in ⁎ CH 2 CH 2 O, facilitating C−O cleavage and achieving a C 2 H 4 Faradaic efficiency (FE) of 68.5% at −1.2 V vs. RHE in a flow cell device. In contrast, 15% Lu doping dominates bridged *OH (*OH B ) adsorption, driving the CH 2 CHO into the CH 3 CHO intermediate, yielding a C 2 H 5 OH FE of 52.2%. Density functional theory calculations confirm Lu doping upshifts the d‐band center of the catalyst, reduces C−C coupling energy barriers, and modulates formation energies of reaction intermediates. The formation energy of *CH 2 CH 2 O (−0.26 eV) is favored for C 2 H 4 generated on Lu/CuONS‐7%, while *CH 3 CHO (−1.28 eV) is preferred for C 2 H 5 OH generated on Lu/CuONS‐15%. Both catalysts effectively suppress H 2 evolution and maintain stable performance for 24 h, providing critical insights into tuning *OH adsorption for selective C 2 product synthesis.
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