Mechanistic Study of Plasmon-Assisted In Situ Photoelectrochemical CO2 Reduction to Acetate with a Ag/Cu2O Nanodendrite Electrode

过电位 表面等离子共振 电化学 光化学 无机化学 化学 氧化物 选择性 吸附 二氧化碳电化学还原 催化作用 电子转移 贵金属 电极 一氧化碳 材料科学 纳米技术 纳米颗粒 物理化学 有机化学
作者
Esteban Landaeta,Nir I. Kadosh,Zachary D. Schultz
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:13 (3): 1638-1648 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c05082
摘要

Electrochemical and, more recently, photoelectrochemical CO2 reductions have been widely investigated to convert atmospheric CO2 into other useful chemicals. However, understanding the mechanism and selectivity of materials capable of reducing CO2 remains a challenge. Using plasmonic dendritic electrodes of silver and cuprous oxide (Ag/Cu2O) and employing Raman spectroelectrochemistry detection, we observe the selective photoelectroreduction mechanism from CO2 to acetate as a value-added compound instead of the more commonly reported products like methanol, ethylene, or ethane. The selectivity, efficiency, and low overpotential (−0.4 V vs Ag/AgCl) in the CO2 reduction is favored by the basic microenvironment, the semiconductor properties of the Cu2O, and the accumulation of hot electrons from the localized surface plasmon resonance of the Ag nanostructure. Lateral surface interactions between adsorbed CO species are the key to the formation of acetate. The rate-determining step of the reaction is the single transfer of an electron from the electrode to the CO2 molecule to reduce it to the *CO2– radical anion and subsequently form adsorbed CO, which is a key intermediate in the formation of the carbon–carbon bond during the reduction process.
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