Bridge Sites of Au Surfaces Are Active for Electrocatalytic CO2 Reduction

化学 过电位 解吸 吸附 催化作用 电化学 产量(工程) 衰减全反射 选择性 电极 傅里叶变换红外光谱 电催化剂 电极电位 无机化学 红外光谱学 化学工程 物理化学 有机化学 材料科学 复合材料 工程类
作者
Zixu Tao,Adam J. Pearce,James M. Mayer,Hailiang Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (19): 8641-8648 被引量:29
标识
DOI:10.1021/jacs.2c01098
摘要

Prior in situ attenuated total reflectance Fourier transform infrared (ATR–FTIR) studies of electrochemical CO2 reduction catalyzed by Au, one of the most selective and active electrocatalysts to produce CO from CO2, suggest that the reaction proceeds solely on the top sites of the Au surface. This finding is worth updating with an improved spectroelectrochemical system where in situ IR measurements can be performed under real reaction conditions that yield high CO selectivity. Herein, we report the preparation of an Au-coated Si ATR crystal electrode with both high catalytic activity for CO2 reduction and strong surface enhancement of IR signals validated in the same spectroelectrochemical cell, which allows us to probe the adsorption and desorption behavior of bridge-bonded *CO species (*COB). We find that the Au surface restructures irreversibly to give an increased number of bridge sites for CO adsorption within the initial tens of seconds of CO2 reduction. By studying the potential-dependent desorption kinetics of *COB and quantifying the steady-state surface concentration of *COB under reaction conditions, we further show that *COB are active reaction intermediates for CO2 reduction to CO on this Au electrode. At medium overpotential, as high as 38% of the reaction occurs on the bridge sites.
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