Manipulating C-C coupling pathway in electrochemical CO2 reduction for selective ethylene and ethanol production over single-atom alloy catalyst

选择性 乙烯 催化作用 电化学 乙醇 材料科学 离解(化学) 化学 电极 有机化学 物理化学
作者
Shifu Wang,Fuhua Li,Jian Zhao,Yaqiong Zeng,Yifan Li,Zih‐Yi Lin,Tsung-Ju Lee,Shu-Hui Liu,Xinyi Ren,Weijue Wang,Yusen Chen,Sung‐Fu Hung,Ying‐Rui Lu,Yi Cui,Xiaofeng Yang,Xuning Li,Yanqiang Huang,Bin Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:7
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54636-w
摘要

Manipulation C-C coupling pathway is of great importance for selective CO2 electroreduction but remain challenging. Herein, two model Cu-based catalysts, by modifying Cu nanowires with Ag nanoparticles (AgCu NW) and Ag single atoms (Ag1Cu NW), respectively, are rationally designed for exploring the C-C coupling mechanisms in electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR). Compared to AgCu NW, the Ag1Cu NW exhibits a more than 10-fold increase of C2 selectivity in CO2 reduction to ethanol, with ethanol-to-ethylene ratio increased from 0.41 over AgCu NW to 4.26 over Ag1Cu NW. Via a variety of operando/in-situ techniques and theoretical calculation, the enhanced ethanol selectivity over Ag1Cu NW is attributed to the promoted H2O dissociation over the atomically dispersed Ag sites, which effectively accelerated *CO hydrogenation to form *CHO intermediate and facilitated asymmetric *CO-*CHO coupling over paired Cu atoms adjacent to single Ag atoms. Results of this work provide deep insight into the C-C coupling pathways towards target C2+ product and shed light on the rational design of efficient CO2RR catalysts with paired active sites. Manipulating the carbon-carbon coupling pathway in CO2 electroreduction is vital yet challenging. Here, by studying two model copper-based catalysts with distinct ethylene and ethanol selectivity, authors investigate the mechanistic origins for symmetric and asymmetric carbon-carbon coupling.
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