Phosphorus‐Doped Graphene Aerogel as Self‐Supported Electrocatalyst for CO2‐to‐Ethanol Conversion

电催化剂 石墨烯 气凝胶 法拉第效率 催化作用 材料科学 吸附 化学工程 电化学 化学 纳米技术 无机化学 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Fangqi Yang,Caihong Liang,Haoming Yu,Zheling Zeng,Yeng Ming Lam,Shuguang Deng,Jun Wang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (25) 被引量:45
标识
DOI:10.1002/advs.202202006
摘要

Electrochemical reduction of carbon dioxide (CO2 ) to ethanol is a promising strategy for global warming mitigation and resource utilization. However, due to the intricacy of C─C coupling and multiple proton-electron transfers, CO2 -to-ethanol conversion remains a great challenge with low activity and selectivity. Herein, it is reported a P-doped graphene aerogel as a self-supporting electrocatalyst for CO2 reduction to ethanol. High ethanol Faradaic efficiency (FE) of 48.7% and long stability of 70 h are achieved at -0.8 VRHE . Meanwhile, an outstanding ethanol yield of 14.62 µmol h-1 cm-2 can be obtained, outperforming most reported electrocatalysts. In situ Raman spectra indicate the important role of adsorbed *CO intermediates in CO2 -to-ethanol conversion. Furthermore, the possible active sites and optimal pathway for ethanol formation are revealed by density functional theory calculations. The graphene zigzag edges with P doping enhance the adsorption of *CO intermediate and increase the coverage of *CO on the catalyst surface, which facilitates the *CO dimerization and boosts the EtOH formation. In addition, the hierarchical pore structure of P-doped graphene aerogels exposes abundant active sites and facilitates mass/charge transfer. This work provides inventive insight into designing metal-free catalysts for liquid products from CO2 electroreduction.
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