Dual‐Role of Polyelectrolyte‐Tethered Benzimidazolium Cation in Promoting CO 2 /Pure Water Co‐Electrolysis to Ethylene

电解 化学 聚电解质 电解质 电化学 循环伏安法 无机化学 本体电解 催化作用 碱金属 伏安法 电解水 化学工程 电极 有机化学 物理化学 聚合物 工程类
作者
Liwei Xue,Zeyu Gao,Tianshu Ning,Wenzheng Li,Jinmeng Li,Jinlong Yin,Li Xiao,Gongwei Wang,Lin Zhuang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (46): e202309519-e202309519 被引量:40
标识
DOI:10.1002/anie.202309519
摘要

Abstract Electrochemical CO 2 reduction reaction (CO 2 RR), as a promising route to realize negative carbon emissions, is known to be strongly affected by electrolyte cations (i.e., cation effect). In contrast to the widely‐studied alkali cations in liquid electrolytes, the effect of organic cations grafted on alkaline polyelectrolytes (APE) remains unexplored, although APE has already become an essential component of CO 2 electrolyzers. Herein, by studying the organic cation effect on CO 2 RR, we find that benzimidazolium cation (Beim + ) significantly outperforms other commonly‐used nitrogenous cations (R 4 N + ) in promoting C 2+ (mainly C 2 H 4 ) production over copper electrode. Cyclic voltammetry and in situ spectroscopy studies reveal that the Beim + can synergistically boost the CO 2 to *CO conversion and reduce the proton supply at the electrocatalytic interface, thus facilitating the *CO dimerization toward C 2+ formation. By utilizing the homemade APE ionomer, we further realize efficient C 2 H 4 production at an industrial‐scale current density of 331 mA cm −2 from CO 2 /pure water co‐electrolysis, thanks to the dual‐role of Beim + in synergistic catalysis and ionic conduction. This study provides a new avenue to boost CO 2 RR through the structural design of polyelectrolytes.
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