Controlling the Oxidation State of the Cu Electrode and Reaction Intermediates for Electrochemical CO2 Reduction to Ethylene

化学 电化学 催化作用 氧化剂 吸附 无机化学 氧化还原 氧化态 乙烯 选择性 反应机理 红外光谱学 反应中间体 电极 电催化剂 光化学 物理化学 有机化学
作者
Tsu‐Chin Chou,Chiao-Chun Chang,Hung‐Ling Yu,Wen‐Yueh Yu,Chung‐Li Dong,Juan‐Jesús Velasco‐Vélez,Cheng‐Hao Chuang,Li–Chyong Chen,Jyh‐Fu Lee,Jin‐Ming Chen,Heng‐Liang Wu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (6): 2857-2867 被引量:578
标识
DOI:10.1021/jacs.9b11126
摘要

Understanding the role of the oxidation state of the Cu surface and surface-adsorbed intermediate species in electrochemical CO2 reduction is crucial for the development of selective CO2-to-fuel electrocatalysts. In this study, the electrochemical CO2 reduction mechanism over the Cu catalysts with various oxidation states was studied by using in situ surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRAS), in situ soft X-ray absorption spectroscopy (Cu L-edge), and online gas chromatography measurements. The atop-adsorbed CO (COatop) intermediate is obtained on the electrodeposited Cu surface which primarily has the oxidation state of Cu(I). COatop is further reduced, followed by the formation of C1 product such as CH4. The residual bridge-adsorbed CO (CObridge) is formed on the as-prepared Cu surface with Cu(0) which inhibits hydrocarbon formation. In contrast, the CV-treated Cu electrode prepared by oxidizing the as-prepared Cu surface contains different amounts of Cu(I) and Cu(0) states. The major theme of this work is that in situ SEIRAS results show the coexistence of COatop and CObridge as the reaction intermediates during CO2 reduction and that the selectivity of CO2-to-ethylene conversion is further enhanced in the CV-treated Cu electrode. The Cu catalysts modulated by the electrochemical method exhibit different oxidation states and reaction intermediates as well as electrocatalytic properties.
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