Can the CO2 Reduction Reaction Be Improved on Cu: Selectivity and Intrinsic Activity of Functionalized Cu Surfaces

选择性 催化作用 化学 扩散 箔法 氧化还原 金属 无机化学 材料科学 化学工程 物理化学 有机化学 电化学 复合材料 热力学 电极 工程类 物理
作者
Oliver Christensen,Siqi Zhao,Zhaozong Sun,Alexander Bagger,Jeppe V. Lauritsen,Steen Uttrup Pedersen,Kim Daasbjerg,Jan Rossmeisl
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:12 (24): 15737-15749 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c04200
摘要

Cu is currently the most effective monometallic catalyst for producing valuable multicarbon-based (C2+) products, such as ethylene and ethanol, from the CO2 reduction reaction (CO2RR). One approach to optimize the activity and selectivity of the metal Cu catalyst is to functionalize the Cu electrode with a molecular modifier. We investigate from a data standpoint whether any reported functionalized Cu catalyst improves the intrinsic activity and/or multicarbon product selectivity compared to the performance of bare Cu foil and the best single crystal Cu facets. Our analysis shows that the reported increases in activity are due to increased surface roughness and disappear once normalized with respect to electrochemical surface area. The intrinsic activity generally falls below that of the bare Cu foil reference, both for total and product-specific current, which we attribute to nonselective blocking of active sites by the modifier on the surface. Instead, an analysis of various polymer diffusion coefficients indicates that the modifier allows for easier diffusion of CO2 compared to H2O to the surface, leading to greater selectivity for CO2RR and C2+ products. As such, our analysis finds no catalyst for CO2RR that intrinsically outperforms bare Cu.
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