Steering C–C Coupling by Hollow Cu2O@C/N Nanoreactors for Highly Efficient Electroreduction of CO2 to C2+ Products

纳米反应器 材料科学 电化学 催化作用 电解 法拉第效率 密度泛函理论 无机化学 电极 化学工程 纳米技术 物理化学 纳米颗粒 有机化学 计算化学 电解质 化学 工程类
作者
Xiangfu Meng,Hao Huang,Xiaoxiao Zhang,Lin Hu,Haibin Tang,Miaomiao Han,Fangcai Zheng,Hui Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (23) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adfm.202312719
摘要

Abstract Electrochemical CO 2 reduction reaction offers a promising pathway to transform renewable electricity into value‐added fuels and feedstocks in the form of chemical energy. However, the *CO intermediates tend to obtain protons or electrons to generate C 1 products. The Cu + , an active catalytic site for C 2+ products, is easily reduced to Cu 0 at cathodic potentials. Herein, a hollow cuprous oxide protected by a thin N‐doped carbon shell (H–Cu 2 O@C/N) as an efficient nanoreactor to stabilize the Cu + species and enhance the coverage concentration of *CO on the local catalyst surface under the spatial confinement effect is designed, which efficiently accelerates C–C coupling to generate C 2+ products. As a result, H–Cu 2 O@C/N exhibits an outstanding C 2+ Faradaic efficiency of 75.9% with a partial current density of 248.8 mA cm −2 in the membrane electrode assembly (MEA) electrolyzer. Density functional theory combined with operando characterizations confirm that the N‐doped carbon layer protects the Cu + active species from electrochemical reduction, and the high coverage density of *CO from spatial confinement effect lowers the reaction barrier of *CH 2 CHO, thereby promoting C–C coupling. This work offers invaluable insights into the spatial confinement effect for boosting the steering C–C coupling in Cu‐based catalysts for efficient electroreduction of CO 2 to C 2+ products.
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