V‐Doped Cu2Se Hierarchical Nanotubes Enabling Flow‐Cell CO2 Electroreduction to Ethanol with High Efficiency and Selectivity

选择性 材料科学 催化作用 法拉第效率 兴奋剂 乙醇 纳米技术 化学工程 电极 电化学 有机化学 光电子学 化学 物理化学 工程类
作者
Weipei Sun,Peng Wang,Yawen Jiang,Zhiwei Jiang,Ran Long,Zheng Chen,Pin Song,Tian Sheng,Zhengcui Wu,Yujie Xiong
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (50) 被引量:77
标识
DOI:10.1002/adma.202207691
摘要

CO2 electrocatalytic reduction (CO2 ER) to multicarbon (C2+ ) products is heavily pursued because of their commercial values, and the efficiency and selectivity have both attracted tremendous attention. A flow-cell is a device configuration that can greatly enhance the conversion efficiency but requires catalysts to possess high electrical conductivity and gas permeability; meanwhile, the catalysts should enable the reaction pathway to specific products. Herein, it is reported that V-doped Cu2 Se nanotubes with a hierarchical structure can be perfectly compatible with flow-cells and fulfil such a task, achieving CO2 electroreduction to ethanol with high efficiency and selectivity. As revealed by the experimental characterization and theoretical calculation, the substitutional vanadium doping alters the local charge distribution of Cu2 Se and diversifies the active sites. The unique active sites promote the formation of bridge *COB and its further hydrogenation to *COH, and, as such, the subsequent coupling of *COH and *COL eventually generates ethanol. As a result, the optimal Cu1.22 V0.19 Se nanotubes can electrocatalyze CO2 to ethanol with a Faradaic efficiency of 68.3% and a partial current density of -207.9 mA cm-2 for the single liquid product of ethanol at -0.8 V in a flow-cell. This work provides insights into the materials design for steering the reaction pathway toward C2+ products, and opens an avenue for flow-cell CO2 ER toward a single C2+ liquid fuel.
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