Establishing Active Cu+–O–Mg2+ Sites at the Cu2O/CuO Interface for Efficient Electroreduction of CO2 to C2+ Products

电化学 密度泛函理论 拉曼光谱 选择性 化学 吸附 无机化学 物理化学 催化作用 电极 计算化学 生物化学 光学 物理 有机化学
作者
Qinyuan Ji,Hu Zang,Changjiang Liu,Haiyan Lu,Nan Yu,Baoyou Geng
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:7 (1): 333-342 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.4c02319
摘要

Cu-based materials are regarded as effective electrocatalysts for CO2RR; however, Cu+, the active site for C–C coupling, is unstable under reduction conditions. Herein, Mg2+ is doped into the Cu2O/CuO interface and generates high-activity Cu+–O-Mg2+ sites following electrochemical activation. The electron-withdrawing effect of Mg2+ in the Cu+–O-Mg2+ site stabilizes Cu+ and optimizes the reaction pathway for CO2RR. At a partial current density of 567.21 ± 5.18 mA cm–2, the Faraday efficiency (FE) for C2+ products can reach 81.03 ± 0.74%. In situ Raman and in situ infrared spectroscopy reveal that the Cu+–O-Mg2+ site significantly enhances the coverage and stability of *CO, which contributes to the ultrahigh selectivity of CO2 toward C2+ products. Density functional theory (DFT) studies indicate that *CO2 is readily adsorbed on the Cu+–O-Mg2+ site, facilitating the more effective generation of *CO, which subsequently promotes the electrochemical C–C coupling step and accelerates the production of C2+ products.
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