Revealing the Lattice Carbonate Mediated Mechanism in Cu2(OH)2CO3 for Electrocatalytic Reduction of CO2 to C2H4

过电位 碳酸盐 催化作用 电化学 无机化学 法拉第效率 材料科学 选择性 二氧化碳电化学还原 化学 化学工程 电极 物理化学 一氧化碳 工程类 生物化学 冶金
作者
Yugang Gao,Difei Xiao,Zeyan Wang,Zhaoke Zheng,Peng Wang,Hefeng Cheng,Yuanyuan Liu,Ying Dai,Baibiao Huang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (14) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/advs.202308949
摘要

Abstract Understanding the CO 2 transformation mechanism on materials is essential for the design of efficient electrocatalysts for CO 2 reduction. In aconventional adsorbate evolution mechanism (AEM), the catalysts encounter multiple high‐energy barrier steps, especially CO 2 activation, limiting the activity and selectivity. Here, lattice carbonate from Cu 2 (OH) 2 CO 3 is revealed to be a mediator between CO 2 molecules and catalyst during CO 2 electroreduction by a 13 C isotope labeling method, which can bypass the high energy barrier of CO 2 activation and strongly enhance the performance. With the lattice carbonate mediated mechanism (LCMM), the Cu 2 (OH) 2 CO 3 electrode exhibited ten‐fold faradaic efficiency and 15‐fold current density for ethylene production than the Cu 2 O electrode with AEM at a low overpotential. Theoretical calculations and in situ Raman spectroscopy results show that symmetric vibration of carbonate is precisely enhanced on the catalyst surface with LCMM, leading to faster electron transfer, and lower energy barriers of CO 2 activation and carbon–carbon coupling. This work provides a route to develop efficient electrocatalysts for CO 2 reduction based on lattice‐mediated mechanism.
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