Investigation of Ethylene and Propylene Production from CO2 Reduction over Copper Nanocubes in an MEA-Type Electrolyzer

材料科学 法拉第效率 电极 电解 电流密度 化学工程 电化学 选择性 催化作用 纳米技术 冶金 电解质 有机化学 化学 工程类 物理 物理化学 量子力学
作者
Gastón O. Larrazábal,Valery Okatenko,Ib Chorkendorff,Raffaella Buonsanti,Brian Seger
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (6): 7779-7787 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acsami.1c18856
摘要

Previous work carried out in fully liquid environments and at low current densities has demonstrated that highly uniform faceted copper nanocrystals display different selectivity profiles in CO2 reduction compared to polycrystalline copper. As part of ongoing upscaling efforts, it is a matter of interest to investigate whether the high selectivity toward ethylene of copper nanocubes, which show a preferential (100) orientation, is maintained in gas-fed electrolyzers, thus enabling the energy-efficient production of this valuable commodity chemical at industrially relevant current densities. In this work, we assessed the electrochemical CO2 reduction reaction performance of highly uniform copper nanocubes loaded onto gas diffusion electrodes (GDEs) in a zero-gap device. The copper nanocube-loaded GDEs maintained high Faradaic efficiencies toward ethylene at elevated total current densities, resulting in higher overall partial current densities toward this product compared to benchmark electrodes. Interestingly, CO2 reduction to propylene, albeit with low partial current densities, was also observed. However, double-layer capacitance measurements revealed that the performance observed at high current densities is significantly influenced by electrode flooding. The findings of this study can inform future efforts geared toward optimizing the electrodes with this promising class of catalysts.
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