S‐Vacancy‐Induced “Proton Fence Effect” Enables Selectivity Switching between CH 4 and CO in Photo‐Assisted CO 2 Electroreduction

围栏(数学) 选择性 空位缺陷 质子 化学 光化学 材料科学 化学物理 结晶学 催化作用 物理 有机化学 核物理学 数学 组合数学
作者
Shengqi Liu,Zhenyan Guo,Zhengyi Li,Song Yang,Dingsheng Wang,Hu Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:137 (26) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/ange.202506608
摘要

Abstract Upcycling CO 2 into high‐value C 1 products is impressive for achieving carbon neutrality and energy sustainability, while rational modulation of C 1 product selectivity is one of the biggest challenges in electrocatalytic CO 2 reduction reaction (eCO 2 RR) due to the competing reaction pathways and thermodynamic limitation. Here, we showcase a “proton fence” strategy enabled by in situ adsorbed *OH on sulfur vacancies (S V ) to ultraselectively switch the C 1 product between CH 4 and CO during CO 2 RR, with Faraday efficiency of 93.6% and 95.3%, respectively. In situ measurements uncover that the photo‐generated holes counteract Cu 2+ electroreduction to retain the intact structure of CuInS 2 /CuS, while *OH dissociated from water can spontaneously anchor toward S V to hinder the local proton migration, completely circumventing multiproton products. Meanwhile, the preferential desorption of *CO from Cu centers adjacent to the *OH‐anchored S V renders the exclusive formation of CO. In the absence of S V , *CO can be further hydrogenated in a lower free energy/even spontaneously to afford CH 4 . The proposed proton confinement effect furnishes a promising reference for the selectivity control of eCO 2 RR, and the photo‐assisted electroreductive protocol demonstrates a paradigm of in situ stabilization of electron‐intolerant catalytic structures.
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