Effects of Electrolyte Anions on the Reduction of Carbon Dioxide to Ethylene and Ethanol on Copper (100) and (111) Surfaces

电解质 化学 无机化学 循环伏安法 乙烯 吸附 支撑电解质 电化学 催化作用 电极 有机化学 物理化学
作者
Yun Huang,Cheng Wai Ong,Boon Siang Yeo
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:11 (18): 3299-3306 被引量:128
标识
DOI:10.1002/cssc.201801078
摘要

The CO2 electroreduction reaction has been investigated on Cu(100) and Cu(111) surfaces in 0.1 m aqueous solutions of KClO4 , KCl, KBr, and KI electrolyte. The formation of ethylene and ethanol on these surfaces generally increased as the electrolyte anion was changed from ClO4- →Cl- →Br- →I- . For example, on Cu(100) at -1.23 V versus RHE, as the electrolyte anion changed from ClO4- to I- , the faradaic efficiency (FE) of ethylene formation increased from 31 to 50 %, FEethanol increased from 7 to 16 %, and the associated current densities increased five- and sevenfold, respectively. A remarkable total FE of up to 74 % for C2 and C3 products was obtained in the presence of KI. Despite surface roughening in the presence of the electrolytes, the Cu(100) electrode still enhanced the formation of C2 compounds better than Cu(111). The favorable reduction of CO2 to C2 products in KI electrolyte was correlated with a higher *CO population on the surface, as shown using linear sweep voltammetry. In situ Raman spectroscopy indicated that the coordination environment of *CO was altered by the used electrolyte anion. Thus, apart from affecting the morphology of the electrode and local pH value, we propose that the anion plays a critical role in enhancing the formation of C2 products by tuning the coordination environment of adsorbed *CO, which gives rise to more efficient C-C coupling.
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