Efficient Electrocatalytic CO2 Reduction to C2+ Alcohols at Defect-Site-Rich Cu Surface

还原(数学) 化学 材料科学 无机化学 曲面(拓扑) 几何学 数学
作者
Zhengxiang Gu,H. F. Shen,Zheng Chen,Yao‐Yue Yang,Chao Yang,Yali Ji,Yuhang Wang,Chan Zhu,Junlang Liu,Jun Li,Tsun‐Kong Sham,Xin Xu,Gengfeng Zheng
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:5 (2): 429-440 被引量:264
标识
DOI:10.1016/j.joule.2020.12.011
摘要

Summary

Electrochemical CO2 reduction is a promising approach for upgrading excessive CO2 into value-added chemicals, while the exquisite control of the catalyst atomic structures to obtain high C2+ alcohol selectivity has remained challenging due to the intrinsically favored ethylene pathways at Cu surface. Herein, we demonstrate a rational strategy to achieve ∼70% faradaic efficiency toward C2+ alcohols. We utilized a CO-rich environment to construct Cu catalysts with stepped sites that enabled high surface coverages of ∗CO intermediates and the bridge-bound ∗CO adsorption, which allowed to trigger CO2 reduction pathways toward the formation alcohols. Using this defect-site-rich Cu catalyst, we achieved C2+ alcohols with partial current densities of > 100 mA·cm−2 in both a flow-cell electrolyzer and a membrane electrode assembly (MEA) electrolyzer. A stable alcohol faradaic efficiency of ∼60% was also obtained, with ∼500 mg C2+ alcohol production per cm2 catalyst during a continuous 30-h operation.
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