Electroreduction of CO2 on Single‐Site Copper‐Nitrogen‐Doped Carbon Material: Selective Formation of Ethanol and Reversible Restructuration of the Metal Sites

法拉第效率 电解 无机化学 金属 电解质 化学 产量(工程) 乙烯 氮气 催化作用 碳纤维 电催化剂 电化学 材料科学 电极 有机化学 冶金 物理化学 复合材料 复合数
作者
Dilan Karapinar,Ngoc Tran Huan,Nastaran Ranjbar Sahraie,Jingkun Li,David Wakerley,Nadia Touati,Sandrine Zanna,Dario Taverna,Luiz H. G. Tizei,Andrea Zitolo,Frédéric Jaouen,Victor Mougel,Marc Fontecave
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:58 (42): 15098-15103 被引量:436
标识
DOI:10.1002/anie.201907994
摘要

Abstract It is generally believed that CO 2 electroreduction to multi‐carbon products such as ethanol or ethylene may be catalyzed with significant yield only on metallic copper surfaces, implying large ensembles of copper atoms. Here, we report on an inexpensive Cu‐N‐C material prepared via a simple pyrolytic route that exclusively feature single copper atoms with a CuN 4 coordination environment, atomically dispersed in a nitrogen‐doped conductive carbon matrix. This material achieves aqueous CO 2 electroreduction to ethanol at a Faradaic yield of 55 % under optimized conditions (electrolyte: 0.1 m CsHCO 3 , potential: −1.2 V vs. RHE and gas‐phase recycling set up), as well as CO electroreduction to C 2 ‐products (ethanol and ethylene) with a Faradaic yield of 80 %. During electrolysis the isolated sites transiently convert into metallic copper nanoparticles, as shown by operando XAS analysis, which are likely to be the catalytically active species. Remarkably, this process is reversible and the initial material is recovered intact after electrolysis.
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