Selective electroreduction of CO2 to acetone by single copper atoms anchored on N-doped porous carbon

催化作用 密度泛函理论 丙酮 法拉第效率 化学 Atom(片上系统) 电化学 材料科学 碳纤维 无机化学 物理化学 计算化学 有机化学 电极 复合数 嵌入式系统 复合材料 冶金 计算机科学
作者
Kun Zhao,Xiaowa Nie,Haozhi Wang,Shuo Chen,Xie Quan,Hongtao Yu,Wonyong Choi,Guanghui Zhang,Bupmo Kim,Jingguang G. Chen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:370
标识
DOI:10.1038/s41467-020-16381-8
摘要

Efficient electroreduction of CO2 to multi-carbon products is a challenging reaction because of the high energy barriers for CO2 activation and C-C coupling, which can be tuned by designing the metal centers and coordination environments of catalysts. Here, we design single atom copper encapsulated on N-doped porous carbon (Cu-SA/NPC) catalysts for reducing CO2 to multi-carbon products. Acetone is identified as the major product with a Faradaic efficiency of 36.7% and a production rate of 336.1 μg h-1. Density functional theory (DFT) calculations reveal that the coordination of Cu with four pyrrole-N atoms is the main active site and reduces the reaction free energies required for CO2 activation and C-C coupling. The energetically favorable pathways for CH3COCH3 production from CO2 reduction are proposed and the origin of selective acetone formation on Cu-SA/NPC is clarified. This work provides insight into the rational design of efficient electrocatalysts for reducing CO2 to multi-carbon products.
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