Cu(I) Reducibility Controls Ethylene vs Ethanol Selectivity on (100)-Textured Copper during Pulsed CO2 Reduction

选择性 乙烯 材料科学 乙醇 吸附 无机化学 电化学 微晶 氧化还原 催化作用 电极 化学 有机化学 冶金 物理化学
作者
Zhichu Tang,Emily Nishiwaki,Kevin Fritz,Tobias Hanrath,Jin Suntivich
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (12): 14050-14055 被引量:51
标识
DOI:10.1021/acsami.0c17668
摘要

The electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) can convert widely available CO2 into value-added C2 products, such as ethylene and ethanol. However, low selectivity toward either compound limits the effectiveness of current CO2RR electrocatalysts. Here, we report the use of pulsed overpotentials to improve the ethylene selectivity to 67% with >75% overall C2 selectivity on (100)-textured polycrystalline Cu foil. The pulsed CO2RR can be made selective to either ethylene or ethanol by controlling the reaction temperature. We attribute the enhanced C2 selectivity to the improved CO dimerization kinetics on the active Cu surface on predominately (100)-textured Cu grains with the reduced hydrogen adsorption coverage during the pulsed CO2RR. The ethylene vs ethanol selectivity can be explained by the reducibility of the Cu(I) species during the cathodic potential cycle. Our work demonstrates a simple route to improve the ethylene vs ethanol selectivity and identifies Cu(I) as the species responsible for ethanol production.
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