Integration of MnO2 Nanosheets with Pd Nanoparticles for Efficient CO2 Electroreduction to Methanol in Membrane Electrode Assembly Electrolyzers

化学 甲醇 催化作用 电解 法拉第效率 膜电极组件 纳米颗粒 选择性 阳极 化学工程 直接甲醇燃料电池 电极 无机化学 电催化剂 电化学 有机化学 物理化学 电解质 工程类
作者
Nannan Zhu,Xingyue Zhang,Nannan Chen,Jiahui Zhu,Xinyue Zheng,Zheng Chen,Tian Sheng,Zhengcui Wu,Yujie Xiong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
被引量:13
标识
DOI:10.1021/jacs.3c09307
摘要

It remains a challenge to design a catalyst with high selectivity at a large current density toward CO2 electrocatalytic reduction (CO2ER) to a single C1 liquid product of methanol. Here, we report the design of a catalyst by integrating MnO2 nanosheets with Pd nanoparticles to address this challenge, which can be implemented in membrane electrode assembly (MEA) electrolyzers for the conversion of CO2ER to methanol. Such a strategy modifies the electronic structure of the catalyst and provides additional active sites, favoring the formation of key reaction intermediates and their successive evolution into methanol. The optimal catalyst delivers a Faradaic efficiency of 77.6 ± 1.3% and a partial current density of 250.8 ± 4.3 mA cm-2 for methanol during CO2ER in an MEA electrolyzer by coupling anodic oxygen evolution reaction with a full-cell energy efficiency achieving 29.1 ± 1.2% at 3.2 V. This work opens a new avenue to the control of C1 intermediates for CO2ER to methanol with high selectivity and activity in an MEA electrolyzer.
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