Selective CO2 Electrochemical Reduction Enabled by a Tricomponent Copolymer Modifier on a Copper Surface

选择性 化学 共聚物 催化作用 电化学 化学工程 聚合 乙烯 电极 高分子化学 聚合物 有机化学 物理化学 工程类
作者
Jianchun Wang,Tao Cheng,Aidan Q. Fenwick,Turki N. Baroud,Alonso Rosas‐Hernández,Jeong Hoon Ko,Quan Gan,William A. Goddard,Robert H. Grubbs
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (7): 2857-2865 被引量:114
标识
DOI:10.1021/jacs.0c12478
摘要

Electrochemical CO2 reduction over Cu could provide value-added multicarbon hydrocarbons and alcohols. Despite recent breakthroughs, it remains a significant challenge to design a catalytic system with high product selectivity. Here we demonstrate that a high selectivity of ethylene (55%) and C2+ products (77%) could be achieved by a highly modular tricomponent copolymer modified Cu electrode, rivaling the best performance using other modified polycrystalline Cu foil catalysts. Such a copolymer can be conveniently prepared by a ring-opening metathesis polymerization, thereby offering a new degree of freedom for tuning the selectivity. Control experiments indicate all three components are essential for the selectivity enhancement. A surface characterization showed that the incorporation of a phenylpyridinium component increased the film robustness against delamination. It was also shown that its superior performance is not due to a morphology change of the Cu underneath. Molecular dynamics (MD) simulations indicate that a combination of increased local CO2 concentration, increased porosity for gas diffusion, and the local electric field effect together contribute to the increased ethylene and C2+ product selectivity.
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