Electrochemical CO2 reduction to ethylene by ultrathin CuO nanoplate arrays

法拉第效率 电催化剂 电化学 材料科学 电解 电解质 化学工程 阳极 催化作用 电极 析氧 纳米技术 化学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Wei Liu,Pengbo Zhai,Aowen Li,Bo Wei,Kunpeng Si,Yi Wei,Xingguo Wang,Guangda Zhu,Qian Chen,Xiaokang Gu,Ruifeng Zhang,Wu Zhou,Yongji Gong
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:367
标识
DOI:10.1038/s41467-022-29428-9
摘要

Electrochemical reduction of CO2 to multi-carbon fuels and chemical feedstocks is an appealing approach to mitigate excessive CO2 emissions. However, the reported catalysts always show either a low Faradaic efficiency of the C2+ product or poor long-term stability. Herein, we report a facile and scalable anodic corrosion method to synthesize oxygen-rich ultrathin CuO nanoplate arrays, which form Cu/Cu2O heterogeneous interfaces through self-evolution during electrocatalysis. The catalyst exhibits a high C2H4 Faradaic efficiency of 84.5%, stable electrolysis for ~55 h in a flow cell using a neutral KCl electrolyte, and a full-cell ethylene energy efficiency of 27.6% at 200 mA cm-2 in a membrane electrode assembly electrolyzer. Mechanism analyses reveal that the stable nanostructures, stable Cu/Cu2O interfaces, and enhanced adsorption of the *OCCOH intermediate preserve selective and prolonged C2H4 production. The robust and scalable produced catalyst coupled with mild electrolytic conditions facilitates the practical application of electrochemical CO2 reduction.
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