Selective CO2 electrolysis to CO using isolated antimony alloyed copper

法拉第效率 催化作用 选择性 材料科学 无机化学 合金 吸附 电解 电化学 化学工程 化学 冶金 物理化学 电解质 有机化学 电极 工程类
作者
Jiawei Li,Hongliang Zeng,Xue Dong,Yi-min Ding,Sunpei Hu,Runhao Zhang,Yizhou Dai,Peixin Cui,Zhou Xiao,Donghao Zhao,Liujiang Zhou,Tingting Zheng,Jianping Xiao,Jie Zeng,Chuan Xia
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:71
标识
DOI:10.1038/s41467-023-35960-z
摘要

Renewable electricity-powered CO evolution from CO2 emissions is a promising first step in the sustainable production of commodity chemicals, but performing electrochemical CO2 reduction economically at scale is challenging since only noble metals, for example, gold and silver, have shown high performance for CO2-to-CO. Cu is a potential catalyst to achieve CO2 reduction to CO at the industrial scale, but the C-C coupling process on Cu significantly depletes CO* intermediates, thus limiting the CO evolution rate and producing many hydrocarbon and oxygenate mixtures. Herein, we tune the CO selectivity of Cu by alloying a second metal Sb into Cu, and report an antimony-copper single-atom alloy catalyst (Sb1Cu) of isolated Sb-Cu interfaces that catalyzes the efficient conversion of CO2-to-CO with a Faradaic efficiency over 95%. The partial current density reaches 452 mA cm-2 with approximately 91% CO Faradaic efficiency, and negligible C2+ products are observed. In situ spectroscopic measurements and theoretical simulations reason that the atomic Sb-Cu interface in Cu promotes CO2 adsorption/activation and weakens the binding strength of CO*, which ends up with enhanced CO selectivity and production rates.
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