Switching Reaction Pathways of CO2 Electroreduction by Modulating Cations in the Electrochemical Double Layer

电化学 化学 图层(电子) 双层(生物学) 无机化学 电极 有机化学 物理化学
作者
Jiahao Yang,Jiapeng Jiao,Shiqiang Liu,Yaoyu Yin,Yingying Cheng,Yiyong Wang,Meng Zhou,Wenling Zhao,Xing Tong,Lihong Jing,Pei Zhang,Xiaofu Sun,Qinggong Zhu,Xinchen Kang,Buxing Han
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:136 (39)
标识
DOI:10.1002/ange.202410145
摘要

Abstract Tuning the selectivity of CO 2 electroreduction reaction (CO 2 RR) solely by changing electrolyte is a very attractive topic. In this study, we conducted CO 2 RR in different aqueous electrolytes over bulk metal electrodes. It was discovered that controlled CO 2 RR could be achieved by modulating cations in the electrochemical double layer. Specifically, ionic liquid cations in the electrolyte significantly inhibits the hydrogen evolution reaction (HER), while yielding high Faraday efficiencies toward CO (FE CO ) or formate (FE formate ) depending on the alkali metal cations. For example, the product could be switched from CO (FE CO =97.3 %) to formate (FE formate =93.5 %) by changing the electrolyte from 0.1 M KBr‐0.5 M 1‐octyl‐3‐methylimidazolium bromide (OmimBr) to 0.1 M CsBr‐0.5 M OmimBr aqueous solutions over pristine Cu foil electrode. In situ spectroscopy and theoretical calculations reveal that the ordered structure generated by the assembly of Omim + under an applied negative potential alters the hydrogen bonding structure of the interfacial water, thereby inhibiting the HER. The difference in selectivity in the presence of different cations is attributed to the hydrogen bonding effect caused by Omim + , which alters the solvated structure of the alkali metal cations and thus affects the stabilization of intermediates of different pathways.
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