Promoting CO2 methanation via ligand-stabilized metal oxide clusters as hydrogen-donating motifs

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作者
Yuhang Li,Aoni Xu,Yanwei Lum,Xue Wang,Sung‐Fu Hung,Bin Chen,Ziyun Wang,Yi Xu,Fengwang Li,Jehad Abed,Jianan Erick Huang,Armin Sedighian Rasouli,Joshua Wicks,Laxmi Kishore Sagar,Tao Peng,Alexander H. Ip,David Sinton,Hao Jiang,Chunzhong Li,Edward H. Sargent
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1): 6190-6190 被引量:142
标识
DOI:10.1038/s41467-020-20004-7
摘要

Abstract Electroreduction uses renewable energy to upgrade carbon dioxide to value-added chemicals and fuels. Renewable methane synthesized using such a route stands to be readily deployed using existing infrastructure for the distribution and utilization of natural gas. Here we design a suite of ligand-stabilized metal oxide clusters and find that these modulate carbon dioxide reduction pathways on a copper catalyst, enabling thereby a record activity for methane electroproduction. Density functional theory calculations show adsorbed hydrogen donation from clusters to copper active sites for the *CO hydrogenation pathway towards *CHO. We promote this effect via control over cluster size and composition and demonstrate the effect on metal oxides including cobalt(II), molybdenum(VI), tungsten(VI), nickel(II) and palladium(II) oxides. We report a carbon dioxide-to-methane faradaic efficiency of 60% at a partial current density to methane of 135 milliampere per square centimetre. We showcase operation over 18 h that retains a faradaic efficiency exceeding 55%.
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