Self-activation of copper electrodes during CO electro-oxidation in alkaline electrolyte

电催化剂 电解质 催化作用 无机化学 化学工程 电化学 化学 电极 碱土金属 氧化态 材料科学 碱金属 物理化学 有机化学 工程类
作者
Andrea Auer,Mie Andersen,Eva‐Maria Wernig,Nicolas G. Hörmann,Nico Buller,Karsten Reuter,Julia Kunze‐Liebhäuser
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:3 (10): 797-803 被引量:123
标识
DOI:10.1038/s41929-020-00505-w
摘要

The development of low-temperature fuel cells for clean energy production is an appealing alternative to fossil-fuel technologies. CO is a key intermediate in the electro-oxidation of energy carrying fuels and, due to its strong interaction with state-of-the-art Pt electrodes, it is known to act as a poison. Here we demonstrate the ability of Earth-abundant Cu to electro-oxidize CO efficiently in alkaline media, reaching high current densities of ≥0.35 mA cm−2 on single-crystal Cu(111) model catalysts. Strong and continuous surface structural changes are observed under reaction conditions. Supported by first-principles microkinetic modelling, we show that the concomitant presence of high-energy undercoordinated Cu structures at the surface is a prerequisite for the high activity. Similar CO-induced self-activation has been reported for gas–surface reactions at coinage metals, demonstrating the strong parallels between heterogeneous thermal catalysis and heterogeneous electrocatalysis. CO is a key intermediate in the electro-oxidation of energy carrying fuels which typically acts as a poison. Here, the authors demonstrate that Cu is an efficient CO electro-oxidation catalyst in alkaline electrolyte due to the continuous formation of undercoordinated active Cu adatom sites in the presence of CO and OH.
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