Electroreduction of CO to 2.8 A cm⁻2 C2+ Products: Maximizing Efficiency with Minimalist Electrode Design Featuring a Mesopore‐Rich Hydrophobic Copper Catalyst Layer

催化作用 电解质 介孔材料 电解 电极 接触角 润湿 材料科学 化学工程 可逆氢电极 法拉第效率 无机化学 化学 参比电极 冶金 复合材料 有机化学 物理化学 工程类
作者
Silu Chen,Ben C. Rowley,Ramesha Ganganahalli,Boon Siang Yeo
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202405938
摘要

Abstract This work shows how hydrophobicity and porosity can be incorporated into copper catalyst layers (CLs) for the efficient electroreduction of CO (CORR) in a flow cell. Oxide‐derived (OD) Cu catalysts are synthesized using K + and Cs + as templates, termed respectively as OD‐Cu‐K and OD‐Cu‐Cs. CLs, assembled from OD‐Cu‐K and OD‐Cu‐Cs, exhibit enhanced CORR performance compared to “unmodified” OD‐Cu CL. OD‐Cu‐Cs can notably reduce CO to C 2+ products with Faradaic efficiencies (FE) as high as 96% (or 4% FE H 2 ). During CO electrolysis at −3000 mA cm −2 (−0.73 V vs reversible hydrogen electrode), C 2+ products and the alcohols are formed with respective current densities of −2804 and −1205 mA cm − 2 . The mesopores in the OD‐Cu‐Cs CL act as barriers against electrolyte flooding. Contact angle measurements confirm the CL's hydrophobicity ranking: OD‐Cu‐Cs > OD‐Cu‐K > OD‐Cu. The enhanced hydrophobicity of a catalyst is proposed to allow more triple‐phase (CO‐electrolyte‐catalyst) interfaces to be available for CORR. This study shows how the pore size‐hydrophobicity relationship can be harvested to guide the design of a less‐is‐more Cu electrode, which can attain high CORR current density and selectivity, without the additional use of hydrophobic polytetrafluoroethylene particles or dopants, such as Ag.
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