CO2 Electroreduction to Multicarbon Products Over Cu2O@Mesoporous SiO2 Confined Catalyst: Relevance of the Shell Thickness

材料科学 介孔材料 催化作用 电催化剂 法拉第效率 限制电流 电解质 纳米技术 化学工程 无机化学 电极 电化学 物理化学 有机化学 工程类 化学
作者
Yanan Wang,Wenchuan Lai,Haolan Tao,Yan Qiao,Xuli Chen,Cheng Lian,Jingjie Ge,Jiong Li,Hongwen Huang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (16) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/aenm.202404606
摘要

Abstract Despite the advantage of high carbon utilization, CO 2 electroreduction (CO 2 ER) in acid is challenged by the competitive hydrogen evolution reaction (HER). Designing confined catalysts is a promising strategy to suppress HER and boost CO 2 ER, yet the relationship between the confined structure and catalytic performance remains unclear, limiting rational design. Herein, using Cu 2 O@mesoporous SiO 2 core‐shell catalysts as a well‐defined platform, a volcano‐shaped relationship is found between the thickness of mesoporous SiO 2 layer and productivity of multicarbon (C 2+ ) products in CO 2 electroreduction. The optimal shell thickness of 15 nm is identified, with in situ spectroscopies and theoretical simulations attributing this to the trade‐off between the local alkalinity and CO 2 concentration, arising from the nanoconfinement effect. At this optimal thickness, the Cu 2 O@ mesoporous SiO 2 catalyst achieves a C 2+ Faradaic efficiency of 83.1% ± 2.5% and partial current density of 687.8 mA cm −2 in acidic electrolytes, exceeding most reported catalysts. This work provides valuable insights for the rational design of confined catalysts for electrocatalysis.
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