Isolated copper single sites for high-performance electroreduction of carbon monoxide to multicarbon products

一氧化碳 法拉第效率 电化学 催化作用 选择性 一氧化碳 电解 无机化学 可逆氢电极 碳纤维 材料科学 二氧化碳电化学还原 电极 化学 物理化学 工作电极 有机化学 复合材料 复合数 电解质
作者
Haihong Bao,Yuan Qiu,Xianyun Peng,Jia-ao Wang,Yuying Mi,Shunzheng Zhao,Xijun Liu,Yifan Liu,Rui Cao,Longchao Zhuo,Junqiang Ren,Jiaqiang Sun,Jun Luo,Xuping Sun
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:176
标识
DOI:10.1038/s41467-020-20336-4
摘要

Electrochemical carbon monoxide reduction is a promising strategy for the production of value-added multicarbon compounds, albeit yielding diverse products with low selectivities and Faradaic efficiencies. Here, copper single atoms anchored to Ti3C2Tx MXene nanosheets are firstly demonstrated as effective and robust catalysts for electrochemical carbon monoxide reduction, achieving an ultrahigh selectivity of 98% for the formation of multicarbon products. Particularly, it exhibits a high Faradaic efficiency of 71% towards ethylene at -0.7 V versus the reversible hydrogen electrode, superior to the previously reported copper-based catalysts. Besides, it shows a stable activity during the 68-h electrolysis. Theoretical simulations reveal that atomically dispersed Cu-O3 sites favor the C-C coupling of carbon monoxide molecules to generate the key *CO-CHO species, and then induce the decreased free energy barrier of the potential-determining step, thus accounting for the high activity and selectivity of copper single atoms for carbon monoxide reduction.
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