One-pot hydrothermal synthesis of transition metal sulfides-decorated CuS microflower-like structures for electrochemical CO2 reduction to CO

催化作用 材料科学 化学工程 电化学 选择性 过渡金属 可逆氢电极 热液循环 X射线光电子能谱 纳米技术 无机化学 电极 化学 工作电极 物理化学 工程类 生物化学
作者
Yafei Guo,Yuxuan Gao,Benshuai Guo,Yangna Luo,Guoyang Zhao,Jian Sun,Weiling Li,Ruilin Wang,Chuanwen Zhao
标识
DOI:10.1007/s43979-024-00097-5
摘要

Abstract Electrochemical CO 2 reduction (ECR) to value-added products is regarded as a sustainable strategy to mitigate global warming and energy crisis, and designing highly efficient and robust catalysts is essential. In this work, transition metal sulfides (TMS)-decorated CuS microflower-like structures were prepared via the one-pot hydrothermal synthesis method for ECR to CO, and the influence of TMS doping on ECR performance was demonstrated. Characterization of the catalysts was performed using XRD, FESEM-EDS, N 2 physisorption, and XPS, revealing the successful loading of TMS, the formation of microflower-like architectures and the generation of sulfur vacancies. Electrochemical tests demonstrated that doping ZnS, Bi 2 S 3 , CdS and MoS 2 improved the intrinsic CO 2 reduction activity of the CuS catalyst. Particularly, the MoS 2 -CuS composite catalyst with imperfect petal-like structure showed uniform distribution of edge Mo sites, which worked synergistically with the formed grain boundaries (GBs) and undercoordinated S vacancy sites in promoting CO 2 activation, stabilizing * COOH adsorption, facilitating * CO desorption, and lowering the energy barrier of the potential-limiting step for improved CO selectivity. The MoS 2 -CuS catalyst achieved a maximum CO selectivity of 83.2% at –0.6 V versus the reversible hydrogen electrode (RHE) and a high CO cathodic energetic efficiency of 100%. At this potential, the catalyst maintained stable catalytic activity and CO selectivity during a 333-min electrolysis process. The findings will offer a promising avenue for the development of efficient and stable catalysts for CO production from ECR.
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