Hydroxyl radicals dominate reoxidation of oxide-derived Cu in electrochemical CO2 reduction

激进的 氧化还原 电化学 化学 无机化学 氧化态 电解质 氧化物 氧气 光化学 金属 电极 物理化学 有机化学
作者
Shijia Mu,Honglei Lu,Qianbao Wu,Lei Li,Ruijuan Zhao,Chang Long,Chunhua Cui
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:130
标识
DOI:10.1038/s41467-022-31498-8
摘要

Cuδ+ sites on the surface of oxide-derived copper (OD-Cu) are of vital importance in electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR). However, the underlying reason for the dynamically existing Cuδ+ species, although thermodynamically unstable under reductive CO2RR conditions, remains uncovered. Here, by using electron paramagnetic resonance, we identify the highly oxidative hydroxyl radicals (OH•) formed at room temperature in HCO3- solutions. In combination with in situ Raman spectroscopy, secondary ion mass spectrometry, and isotope-labelling, we demonstrate a dynamic reduction/reoxidation behavior at the surface of OD-Cu and reveal that the fast oxygen exchange between HCO3- and H2O provides oxygen sources for the formation of OH• radicals. In addition, their continuous generations can cause spontaneous oxidation of Cu electrodes and produce surface CuOx species. Significantly, this work suggests that there is a "seesaw-effect" between the cathodic reduction and the OH•-induced reoxidation, determining the chemical state and content of Cuδ+ species in CO2RR. This insight is supposed to thrust an understanding of the crucial role of electrolytes in CO2RR.
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