Origin of Metal–Support Interactions for Selective Electrochemical CO2 Reduction into C1 and C2+ Products

电化学 选择性 催化作用 人口 多相催化 金属 电催化剂 氧化还原 化学 材料科学 无机化学 电极 物理化学 有机化学 人口学 社会学
作者
Hengquan Chen,Wanghui Zhao,Linqin Wang,Zhong Chen,Wentao Ye,Jianyang Zang,Tao Wang,Licheng Sun,Wenxing Yang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (15): 11794-11802 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c02335
摘要

The design of metal–support interaction (MSI) is an essential strategy in developing classical heterogeneous catalysts and recently for electrocatalysts. Particularly, for the electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR), metal–oxide-supported Cu catalysts have demonstrated remarkable selectivity improvements toward C1 and C2+ products, whereas the exact regulatory mechanism remains debated. Herein, we elucidate that the stabilization of the Cu+/Cu interface is likely the dominant mechanism for the selectivity improvement rather than the perceived formation of Cu–O–M dual sites. We designed two CeO2-modified Cu nanocube catalysts with a similar Cu/CeO2 heterogeneous interface yet distinct high selectivity toward CH4 (40 ± 1.4%) and C2H4 (52 ± 0.57%), offering ideal models for in-depth mechanistic studies. In situ spectroscopy characterized a notable presence of adsorbed CO (COads) at the formed Cu/CeO2–x interface. Yet, these COads only account for less than 5% of the total COads population for both catalysts, with most COads remaining at the Cu/Cu+ sites. Further characterization revealed a varied electronic interaction between Cu and CeO2 for these two catalysts, generating different surface Cu+ under operational conditions, which subsequently tune the CO2RR selectivities by regulating the surface COads populations. These results provide an in-depth understanding of MSI for its further utilization in the CO2RR and other electrocatalysis processes.
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