A 2D Porous Cu3N Catalyst for Efficient CO Electroreduction to Multicarbon Products at an Ampere Level Current Density

材料科学 安培 电流密度 多孔性 催化作用 电流(流体) 电催化剂 纳米技术 化学工程 电化学 物理化学 电极 热力学 复合材料 有机化学 物理 量子力学 化学 工程类
作者
Liming Cheng,Dayin He,Xianhui Ma,Hongfan Deng,Yaner Ruan,Rongbo Sun,Lin Tian,Huang Zhou,Jian Chen,Xinqiang Wang,Hongge Pan,Wenxin Guo,Yuen Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (45) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202406056
摘要

Abstract The maturation of CO 2 electrolysis to CO technology has rendered a cascade catalysis scheme, utilizing CO reduction as a media step, a promising strategy to produce high‐value C 2+ fuel. However, the current catalysts employed in CO electroreduction (ECORR) face severe hydrogen evolution reactions at high current densities. Herein, a 2D porous Cu 3 N (2D‐P‐Cu 3 N) catalyst is reported with outstanding ECORR performance prepared by a two‐step pyrolysis strategy. This strategy mainly relies on the sequential annealing of the Cu 2 (OH) 2 CO 3 precursors in an oxidation and reduction atmosphere, which can not only convert it into high‐purity Cu 3 N, but also endow it with an abundant hierarchical pores structure. The pores can significantly improve the in‐plane conductivity and mass transfer capacity of Cu 3 N, enabling a C 2+ faradaic efficiency exceeding 90% at a current density of 0.6 A cm −2 . Even at an ampere grade current density of 1 A cm −2 , it maintains an impressive 87% selectivity, surpassing most of the reported Cu‐based catalysts. In‐situ Raman spectroscopy confirms that 2D‐P‐Cu 3 N exhibits high coverage and adsorption of CO intermediates, thus enhancing C‐C coupling and promoting the generation of C 2+ products. This discovery opens further exploration of catalysts for selective CORR to C 2+ products.
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