Selective Increase in CO2 Electroreduction to Ethanol Activity at Nanograin‐Boundary‐Rich Mixed Cu(I)/Cu(0) Sites via Enriching Co‐Adsorbed CO and Hydroxyl Species

化学 乙醇 吸附 乙烯 无机化学 法拉第效率 选择性 电化学 氧化物 催化作用 可逆氢电极 电极 有机化学 物理化学 工作电极
作者
Ting Zhang,Shenglin Xu,De‐Li Chen,Ting Luo,Junfei Zhou,Lichun Kong,Jiu‐Ju Feng,Jiqing Lu,Xuexiang Weng,Ai‐Jun Wang,Zhengquan Li,Yaqiong Su,Yang Fa
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202407748
摘要

Abstract Selective producing ethanol from CO 2 electroreduction is highly demanded, yet the competing ethylene generation route is commonly more thermodynamically preferred. Herein, we reported an efficient CO 2 ‐to‐ethanol conversion (53.5 % faradaic efficiency at −0.75 V versus reversible hydrogen electrode (vs. RHE)) over an oxide‐derived nanocubic catalyst featured with abundant “embossment‐like” structured grain‐boundaries. The catalyst also attains a 23.2 % energy efficiency to ethanol within a flow cell reactor. In situ spectroscopy and electrochemical analysis identified that these dualphase Cu(I) and Cu(0) sites stabilized by grain‐boundaries are very robust over the operating potential window, which maintains a high concentration of co‐adsorbed *CO and hydroxyl (*OH) species. Theoretical calculations revealed that the presence of *OH ad not only promote the easier dimerization of *CO to form *OCCO (ΔG~0.20 eV) at low overpotentials but also preferentially favor the key *CHCOH intermediate hydrogenation to *CHCHOH (ethanol pathway) while suppressing its dehydration to *CCH (ethylene pathway), which is believed to determine the remarkable ethanol selectivity. Such imperative intermediates associated with the bifurcation pathway were directly distinguished by isotope labelling in situ infrared spectroscopy. Our work promotes the understanding of bifurcating mechanism of CO 2 ER‐to‐hydrocarbons more deeply, providing a feasible strategy for the design of efficient ethanol‐targeted catalysts.
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