Pd‐Induced Cu Site Differentiation in Pd 1 Cu/Ag–N–C Catalyst Enables Asymmetric CO─CHO Coupling for Efficient CO 2 ‐to‐C 2 H 4 Conversion

催化作用 法拉第效率 联轴节(管道) 材料科学 电合成 电化学 质子化 密度泛函理论 串联 化学工程 化学物理 化学 燃料电池 乙烯 工作(物理) 纳米技术 多相催化 Atom(片上系统) 碳纤维 过渡金属 电流密度 复分解 偶联反应
作者
Xin Cui,Yihong Yu,Teng Zhang,Pierre Sutra,Gaowu Qin,Song Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e21173-e21173
标识
DOI:10.1002/anie.202521173
摘要

Abstract Electrochemical CO 2 reduction to ethylene (C 2 H 4 ) presents a pivotal strategy for industrial decarbonization and carbon valorization but is persistently hindered by the intrinsic high kinetic barrier for symmetric *CO─*CO coupling on conventional Cu catalysts. To surmount this fundamental challenge, we synthesized a tandem Pd 1 Cu/Ag–N–C catalyst that achieves site differentiation of the surface Cu. The Pd 1 atom induces electronic heterogeneity by creating two electronically distinct Cu sites. The Pd‐proximal sites promote *CO protonation to *CHO by leveraging Pd assisted H 2 O dissociation, and Pd‐distal sites stabilize *CO. This synergistic division unlocks a highly efficient asymmetric C─CHO coupling pathway. Operando spectroscopy and DFT calculations confirm that the engineered pathway lowers the critical C─C coupling barrier by ∼50%. The Pd 1 Cu/Ag–N–C catalyst delivers a peak C 2 H 4 Faradaic efficiency of 78.8% (±2.5%) with a partial current density of 441 mA cm −2 at ‐0.97 V versus RHE in a flow cell, while maintaining excellent operational stability. This work validates asymmetric CO─CHO coupling as a superior route for C 2 H 4 electrosynthesis by introducing a generalizable design paradigm of precisely steering reaction pathways on multi‐carbon electrocatalysts.
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