Hydroxide promotes carbon dioxide electroreduction to ethanol on copper via tuning of adsorbed hydrogen

催化作用 吸附 化学 氢氧化物 离解(化学) 无机化学 氧化物 材料科学 化学工程 有机化学 工程类
作者
Mingchuan Luo,Ziyun Wang,Yuguang Li,Jun Li,Fengwang Li,Yanwei Lum,Dae‐Hyun Nam,Bin Chen,Joshua Wicks,Aoni Xu,Tao‐Tao Zhuang,Wan Ru Leow,Xue Wang,Cao‐Thang Dinh,Ying Wang,Yuhang Wang,David Sinton,Edward H. Sargent
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1): 5814-5814 被引量:358
标识
DOI:10.1038/s41467-019-13833-8
摘要

Abstract Producing liquid fuels such as ethanol from CO 2 , H 2 O, and renewable electricity offers a route to store sustainable energy. The search for efficient electrocatalysts for the CO 2 reduction reaction relies on tuning the adsorption strength of carbonaceous intermediates. Here, we report a complementary approach in which we utilize hydroxide and oxide doping of a catalyst surface to tune the adsorbed hydrogen on Cu. Density functional theory studies indicate that this doping accelerates water dissociation and changes the hydrogen adsorption energy on Cu. We synthesize and investigate a suite of metal-hydroxide-interface-doped-Cu catalysts, and find that the most efficient, Ce(OH) x -doped-Cu, exhibits an ethanol Faradaic efficiency of 43% and a partial current density of 128 mA cm −2 . Mechanistic studies, wherein we combine investigation of hydrogen evolution performance with the results of operando Raman spectroscopy, show that adsorbed hydrogen hydrogenates surface *HCCOH, a key intermediate whose fate determines branching to ethanol versus ethylene.
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