Ligand-modified nanoparticle surfaces influence CO electroreduction selectivity

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作者
Erfan Shirzadi,Jin Qiu,Ali Shayesteh Zeraati,Roham Dorakhan,Tiago J. Goncalves,Jehad Abed,Byoung‐Hoon Lee,Armin Sedighian Rasouli,Joshua Wicks,Jinqiang Zhang,Pengfei Ou,Victor Boureau,Sungjin Park,Weiyan Ni,Geonhui Lee,Cong Tian,Débora Motta Meira,David Sinton,Samira Siahrostami,Edward H. Sargent
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47319-z
摘要

Abstract Improving the kinetics and selectivity of CO 2 /CO electroreduction to valuable multi-carbon products is a challenge for science and is a requirement for practical relevance. Here we develop a thiol-modified surface ligand strategy that promotes electrochemical CO-to-acetate. We explore a picture wherein nucleophilic interaction between the lone pairs of sulfur and the empty orbitals of reaction intermediates contributes to making the acetate pathway more energetically accessible. Density functional theory calculations and Raman spectroscopy suggest a mechanism where the nucleophilic interaction increases the sp 2 hybridization of CO (ad) , facilitating the rate-determining step, CO* to (CHO)*. We find that the ligands stabilize the (HOOC–CH 2 )* intermediate, a key intermediate in the acetate pathway. In-situ Raman spectroscopy shows shifts in C–O, Cu–C, and C–S vibrational frequencies that agree with a picture of surface ligand-intermediate interactions. A Faradaic efficiency of 70% is obtained on optimized thiol-capped Cu catalysts, with onset potentials 100 mV lower than in the case of reference Cu catalysts.
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