Asymmetric C–C Coupling to Drive CO Conversion to Acetate

化学 催化作用 傅里叶变换红外光谱 选择性 电解质 法拉第效率 电化学 衰减全反射 一氧化碳 电催化剂 无机化学 红外光谱学 化学工程 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Jia Liu,Ouwen Peng,Derong Chen,Xingguo Han,Shibo Xi,Qikun Hu,Zixuan Gao,Yijia Yuan,Kun Zhang,Kian Ping Loh
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (28): 24932-24940 被引量:4
标识
DOI:10.1021/jacs.5c07400
摘要

Electrochemical reduction of carbon monoxide (CORR) provides pathways for decarbonizing chemical manufacturing by producing high-value multicarbon (C2+) products, though achieving high activity and selectivity toward a single principal C2+ product remains challenging. Acetate, a critical liquid product, can be metabolized by bacteria to synthesize long-chain carbon compounds. Here, we design a core-shell Cu2O/Cu-2-methylimidazole (CuIM) catalyst with dual Cu sites (Cu+ and Cu0) during the CORR, which shifts the reaction pathway from symmetric *CO-*CO coupling to asymmetric *CH2-*CO coupling, thereby enhancing acetate formation. Ex situ X-ray diffraction spectroscopy (XRD) and in situ attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) analyses reveal that Cu+ remains stable and acts as an active site for generating *CH2 intermediates on the CuIM catalyst. The CuIM electrocatalyst achieves a Faradaic efficiency (FE) of 77.8% for acetate production from CO and a partial current density of 541.3 mA cm-2. These advancements enable high energy efficiency in membrane electrode assemblies and reduced downstream separation costs for liquid products in solid-state electrolyte systems.
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