Self‐Polarization Triggered Multiple Polar Units Toward Electrochemical Reduction of CO2 to Ethanol with High Selectivity

法拉第效率 电解质 电化学 极化(电化学) 选择性 乙醇 化学 阳极 双金属片 吸附 纳米棒 电极 材料科学 无机化学 化学工程 催化作用 纳米技术 有机化学 物理化学 工程类
作者
Yangyang Zhang,Yanxu Chen,Xiaowen Wang,Yafei Feng,Huaikun Zhang,Genqiang Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (26) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/anie.202302241
摘要

Electrochemical conversion of CO2 to highly valuable ethanol has been considered a intriguring strategy for carbon neutruality. However, the slow kinetics of coupling carbon-carbon (C-C) bonds, especially the low selectivity ethanol than ethylene in neutral conditions, is a significant challenge. Herein, the asymmetrical refinement structure with enhanced charge polarization is built in the vertically oriented bimetallic organic frameworks (NiCu-MOF) nanorod array with encapsulated Cu2 O (Cu2 O@MOF/CF), which can induce an intensive internal electric field to increase the C-C coupling for producing ethanol in neutral electrolyte. Particularly, when directly employed Cu2 O@MOF/CF as the self-supporting electrode, the ethanol faradaic efficiency (FEethanol ) could reach maximum 44.3 % with an energy efficiency of 27 % at a low working-potential of -0.615 V versus the reversible hydrogen electrode (vs. RHE) using CO2 -saturated 0.5 M KHCO3 as the electrolyte. Experimental and theoretical studies suggest that the polarization of atomically localized electric fields derived from the asymmetric electron distribution can tune the moderate adsorption of *CO to assist the C-C coupling and reduce the formation energy of H2 CCHO*-to-*OCHCH3 for the generation of ethanol. Our research offers a reference for the design of highly active and selective electrocatalysts for reducing CO2 to multicarbon chemicals.
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