Cu2o@Cu2s Nanocube Heterojunction with a Multitwin Boundary for Electrocatalytic Conversion of Co2 to Ethanol at Low Potential

异质结 乙醇 电催化剂 材料科学 纳米技术 化学 化学工程 无机化学 光电子学 电化学 工程类 物理化学 电极 有机化学
作者
Jing Li,Rong Cai,Xiuli Wang,Xing Zhong,Jianguo Wang,Xin Du,Feng Li
出处
期刊:Social Science Research Network [Social Science Electronic Publishing]
标识
DOI:10.2139/ssrn.4203030
摘要

Copper (I) oxide (Cu2O) is considered a promising catalyst that can effectively reduce the overpotential of the CO2 reduction reaction (CO2 RR) and increase the selectivity for C2+ products. However, developing high performance of CO2-to-ethanol (C2H5OH) based-Cu2O electrocatalysts is still challenging. Herein, Cu2O@Cu2S twin heterojunction catalysts with multigrain boundaries are designed to afford C2H5OH productivity at low potential through the electrocatalytic CO2 RR, and the C2H5OH selectivity is highly dependent on the facet of Cu2O@Cu2S with nanocubes outperforming octahedra. Detailed electrochemical experiments and density functional theory (DFT) calculations reveal that this heterojunction with interface coherent structure and suitable band structure can facilitate electron transfer from Cu2O to Cu2S, leading to a long-term stability (>24 h) of Cu+, the introduction of Cu2S leads to a high coverage of *CO, which can easily spillover to the twin boundaries and generate C2H5OH through *CHOH_*CO coupling reaction pathway. Thus, C2H5OH production in an H-cell begins at an ultralow potential of -0.45 V vs. RHE and reaches 34% of Faradic efficiencies at -0.65 V vs. RHE. This work provides a new avenue to precisely design C2+ production catalysts by regulating the interface configuration.

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