Accelerating Pd Electrocatalysis for CO2-to-Formate Conversion across a Wide Potential Window by Optimized Incorporation of Cu

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作者
Yidan Sun,Fenfen Wang,Fang Liu,Shukang Zhang,Shulin Zhao,Juan Chen,Yan Huang,Xiaojing Liu,Yuping Wu,Yuhui Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (7): 8896-8905 被引量:51
标识
DOI:10.1021/acsami.1c19847
摘要

Electrochemical reduction of carbon dioxide (CO2) to formate is a viable way to reduce CO2 emissions and realize a carbon-neutral energy cycle. Although Pd can convert CO2 to formate with a high Faradaic efficiency at minimal overpotentials, it suffers from a limited and narrow potential window. Alloying is an important strategy for the catalyst design and tuning the electronic structures. Here, we report a series of PdCu bimetallic alloy catalysts with tunable compositions based on dendritic architectures. Optimal introduction of Cu atoms into the Pd matrix facilitates formate production and suppresses CO generation. In 0.1 M KHCO3 aqueous solution, our best candidate, Pd82Cu18 catalyst, delivered a high formate Faradaic efficiency of 96.0% at −0.3 V versus RHE. More interestingly, the high selectivity (>90%) toward formate maintained an enlarged electrochemical potential window of 600 mV. The ensemble effect with electronic coupling between Pd and Cu upon alloying and its induced moderate surface O-containing configuration were found to enhance the formate formation and suppress CO poisoning during CO2 reduction.

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