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Site-selective protonation enables efficient carbon monoxide electroreduction to acetate

法拉第效率 质子化 催化作用 化学 电合成 选择性 醋酸甲酯 一氧化碳 无机化学 化学工程 电极 有机化学 电解质 离子 电化学 物理化学 工程类
作者
Xinyue Wang,Yuanjun Chen,Feng Li,Rui Kai Miao,Jianan Erick Huang,Zilin Zhao,Xiaoyan Li,Roham Dorakhan,Senlin Chu,Jinhong Wu,Sixing Zheng,Weiyan Ni,Dong Ha Kim,Sungjin Park,Yongxiang Liang,Adnan Ozden,Pengfei Ou,Yang Hou,David Sinton,Edward H. Sargent
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 616-616 被引量:57
标识
DOI:10.1038/s41467-024-44727-z
摘要

Abstract Electrosynthesis of acetate from CO offers the prospect of a low-carbon-intensity route to this valuable chemical––but only once sufficient selectivity, reaction rate and stability are realized. It is a high priority to achieve the protonation of the relevant intermediates in a controlled fashion, and to achieve this while suppressing the competing hydrogen evolution reaction (HER) and while steering multicarbon (C 2+ ) products to a single valuable product––an example of which is acetate. Here we report interface engineering to achieve solid/liquid/gas triple-phase interface regulation, and we find that it leads to site-selective protonation of intermediates and the preferential stabilization of the ketene intermediates: this, we find, leads to improved selectivity and energy efficiency toward acetate. Once we further tune the catalyst composition and also optimize for interfacial water management, we achieve a cadmium-copper catalyst that shows an acetate Faradaic efficiency (FE) of 75% with ultralow HER (<0.2% H 2 FE) at 150 mA cm −2 . We develop a high-pressure membrane electrode assembly system to increase CO coverage by controlling gas reactant distribution and achieve 86% acetate FE simultaneous with an acetate full-cell energy efficiency (EE) of 32%, the highest energy efficiency reported in direct acetate electrosynthesis.
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