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 二氧化碳 无机化学 乙醇 乙烯 二氧化碳电化学还原 碳纤维 还原(数学) 催化作用 电极 材料科学 一氧化碳 有机化学 物理化学 几何学 数学 复合数 复合材料
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:156
标识
DOI:10.1002/cssc.201801078
摘要

Abstract The CO 2 electroreduction reaction has been investigated on Cu(100) and Cu(111) surfaces in 0.1 m aqueous solutions of KClO 4 , KCl, KBr, and KI electrolyte. The formation of ethylene and ethanol on these surfaces generally increased as the electrolyte anion was changed from ClO 4 − →Cl − →Br − →I − . For example, on Cu(100) at −1.23 V versus RHE, as the electrolyte anion changed from ClO 4 − to I − , the faradaic efficiency (FE) of ethylene formation increased from 31 to 50 %, FE ethanol increased from 7 to 16 %, and the associated current densities increased five‐ and sevenfold, respectively. A remarkable total FE of up to 74 % for C 2 and C 3 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 C 2 compounds better than Cu(111). The favorable reduction of CO 2 to C 2 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 C 2 products by tuning the coordination environment of adsorbed *CO, which gives rise to more efficient C−C coupling.
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