Modulating CO2/H2O Ratio at Hydrophobic Catalytic Interface Promotes C‐C Coupling in Acidic CO2 Electroreduction

催化作用 材料科学 电解质 一氧化碳 化学工程 碳纤维 拉曼光谱 过渡金属 电化学 二氧化碳电化学还原 无机化学 电极 有机化学 化学 物理化学 复合材料 复合数 工程类 物理 光学
作者
Wangjiang Gao,Chenglong Wang,Hexing Yang,Chun Ran,Shuyan Xu,Dan Ren
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202509314
摘要

Abstract Optimizing the electrocatalytic interface for the electroreduction of carbon dioxide (CO 2 ) in acid through the usage of cations in the electrolyte has shown its effectiveness in enhancing CO 2 conversion efficiency. However, such a positive impact in promoting CO 2 activation is limited by the solubility of salt, hence alternative ways to optimize the interface shall be sought for. Here, the hydrophobicity of the catalytic interface is tuned through the judicious design of a sandwich‐like structure by covering the catalytic copper layer with polytetrafluoroethylene (PTFE) particles. After optimizing the thickness of the PTFE layer on a commercial CuO X nanoparticle catalyst, an improved FE for multi‐carbon products from 35.0% to 59.3% in 0.05 m H 2 SO 4 electrolyte with the addition of 0.8 m K + (pH = 1.6) is achieved. Moreover, in situ Raman spectroscopy proves that the hydrophobic layer facilitates the formation of * CO intermediates and promotes the transition of bridge‐bonded * CO to atop‐bonded * CO. The reduction of carbon monoxide (CO) is further performed at different partial pressures to reveal the critical role of * CO coverage for the formation of multi‐carbon products. Collectively, it is proposed that the optimized hydrophobic modification of the catalyst effectively tunes the coverage of * CO intermediate as well as reduces the available water molecules at the interface, thereby promoting the formation of multi‐carbon products and simultaneously suppressing hydrogen evolution reaction. The study illustrates a new venue toward improving the efficiency of CO 2 conversion in acid.
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