Determining Structure‐Activity Relationships in Oxide Derived CuSn Catalysts During CO2 Electroreduction Using X‐Ray Spectroscopy

双金属片 材料科学 X射线光电子能谱 氧化物 格式化 吸附 金属 催化作用 选择性 化学工程 无机化学 电化学 物理化学 化学 电极 冶金 有机化学 工程类
作者
Laura C. Pardo Pérez,Alexander Arndt,Sasho Stojkovikj,Ibbi Y. Ahmet,Joshua T. Arens,Federico Dattila,Robert Wendt,Ana Guilherme Buzanich,Martin Radtke,Veronica Davies,Katja Höflich,Eike Köhnen,Philipp Tockhorn,Ronny Golnak,Jie Xiao,Götz Schuck,Markus Wollgarten,Núria López,Matthew T. Mayer
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (5) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/aenm.202103328
摘要

Abstract The development of earth‐abundant catalysts for selective electrochemical CO 2 conversion is a central challenge. CuSn bimetallic catalysts can yield selective CO 2 reduction toward either CO or formate. This study presents oxide‐derived CuSn catalysts tunable for either product and seeks to understand the synergetic effects between Cu and Sn causing these selectivity trends. The materials undergo significant transformations under CO 2 reduction conditions, and their dynamic bulk and surface structures are revealed by correlating observations from multiple methods—X‐ray absorption spectroscopy for in situ study, and quasi in situ X‐ray photoelectron spectroscopy for surface sensitivity. For both types of catalysts, Cu transforms to metallic Cu 0 under reaction conditions. However, the Sn speciation and content differ significantly between the catalyst types: the CO‐selective catalysts exhibit a surface Sn content of 13 at. % predominantly present as oxidized Sn, while the formate‐selective catalysts display an Sn content of ≈70 at. % consisting of both metallic Sn 0 and Sn oxide species. Density functional theory simulations suggest that Sn δ+ sites weaken CO adsorption, thereby enhancing CO selectivity, while Sn 0 sites hinder H adsorption and promote formate production. This study reveals the complex dependence of catalyst structure, composition, and speciation with electrochemical bias in bimetallic Cu catalysts.
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