Redox-mediated electrosynthesis of ethylene oxide from CO2 and water

电合成 氧化物 电化学 氧化铈 无机化学 材料科学 催化作用 法拉第效率 氧化还原 环氧乙烷 化学 电极 冶金 有机化学 物理化学 复合材料 共聚物 聚合物
作者
Yuhang Li,Adnan Ozden,Wan Ru Leow,Pengfei Ou,Jianan Erick Huang,Yuhang Wang,Koen Bertens,Yi Xu,Yuan Liu,Claudie Roy,Hao Jiang,David Sinton,Chunzhong Li,Edward H. Sargent
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:5 (3): 185-192 被引量:55
标识
DOI:10.1038/s41929-022-00749-8
摘要

The electrochemical production of ethylene oxide (EO) from CO2, water and renewable electricity could result in a net consumption of CO2. Unfortunately existing electrochemical CO2-to-EO conversions show impractical Faradaic efficiency (FE) and require a high energy input. Here we report a class of period-6-metal-oxide-modified iridium oxide catalysts that enable us to achieve improved CO2-to-EO conversion. Among barium, lanthanum, cerium and bismuth, we find that barium-oxide-loaded catalysts achieve an ethylene-to-EO FE of 90%. When we pair this with the oxygen reduction reaction at the cathode, we achieve an energy input of 5.3 MJ per kg of EO, comparable to that of existing (emissions-intensive) industrial processes. We have also devised a redox-mediated paired system that shows a 1.5-fold higher CO2-to-EO FE (35%) and uses a 1.2 V lower operating voltage than literature benchmark electrochemical systems.
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