A Surface Reconstruction Route to High Productivity and Selectivity in CO2 Electroreduction toward C2+ Hydrocarbons

选择性 材料科学 催化作用 法拉第效率 电化学 无机化学 电流密度 氯化铜 氧化物 乙烯 碳纤维 化学工程 电极 冶金 复合材料 有机化学 化学 物理化学 量子力学 复合数 工程类 物理
作者
Md Golam Kibria,Cao‐Thang Dinh,Ali Seifitokaldani,Phil De Luna,Thomas Burdyny,Rafael Quintero‐Bermudez,Michael B. Ross,Oleksandr S. Bushuyev,F. Pelayo Garcı́a de Arquer,Peidong Yang,David Sinton,Edward H. Sargent
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (49) 被引量:245
标识
DOI:10.1002/adma.201804867
摘要

Abstract Electrochemical carbon dioxide reduction (CO 2 ) is a promising technology to use renewable electricity to convert CO 2 into valuable carbon‐based products. For commercial‐scale applications, however, the productivity and selectivity toward multi‐carbon products must be enhanced. A facile surface reconstruction approach that enables tuning of CO 2 ‐reduction selectivity toward C 2+ products on a copper‐chloride (CuCl)‐derived catalyst is reported here. Using a novel wet‐oxidation process, both the oxidation state and morphology of Cu surface are controlled, providing uniformity of the electrode morphology and abundant surface active sites. The Cu surface is partially oxidized to form an initial Cu (I) chloride layer which is subsequently converted to a Cu (I) oxide surface. High C 2+ selectivity on these catalysts are demonstrated in an H‐cell configuration, in which 73% Faradaic efficiency (FE) for C 2+ products is reached with 56% FE for ethylene (C 2 H 4 ) and overall current density of 17 mA cm ‐2 . Thereafter, the method into a flow‐cell configuration is translated, which allows operation in a highly alkaline medium for complete suppression of CH 4 production. A record C 2+ FE of ≈84% and a half‐cell power conversion efficiency of 50% at a partial current density of 336 mA cm ‐2 using the reconstructed Cu catalyst are reported.
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