Tuning the Catalytic Activity and Selectivity of Cu for CO2 Electroreduction in the Presence of Halides

卤化物 选择性 化学 催化作用 无机化学 吸附 电解质 电化学 电极 物理化学 有机化学
作者
Ana Sofía Varela,Wen Ju,Tobias Reier,Peter Strasser
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:6 (4): 2136-2144 被引量:464
标识
DOI:10.1021/acscatal.5b02550
摘要

In the present study we demonstrate that the activity and selectivity of copper during CO2 electrochemical reduction can be tuned by simply adding halides to the electrolyte. Comparing the production rate and Faradaic selectivity of the major products as a function the working potential in the presence of Cl–, Br–, and I–, we show that the activity and selectivity of Cu depends on the concentration and nature of the added halide. We find that the addition Cl– and Br– results in an increased CO selectivity. On the contrary, in the presence of I– the selectivity toward CO drops down and instead methane formation is enhanced up to 6 times compared with the halide-free electrolyte. Even though Br– and I– can induce morphology changes of the surface, the modification in the catalytic performance of Cu is mainly attributed to halides adsorption on the Cu surface. We hypothesizes that the adsorption of halides alters the catalytic performance of Cu by increasing the negative charge on the surface according to the following order: Cl– < Br– < I–. In the case of adsorbed I–, the induced negative charge has a remarkably positive effect favoring the protonation of CO. These results present an easy way to enhance CH4 production during the CO2RR on Cu. Furthermore, understanding this effect can contribute to the design of new and more efficient catalysts.
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