Ampere-Level Electrolytic Coproduction of Formate with Coupled Carbon Dioxide Reduction and Selective Methanol Oxidation

格式化 甲醇 二氧化碳电化学还原 化学 二氧化碳 催化作用 协同生产 无机化学 电解质 一氧化碳 有机化学 电极 政治学 公共关系 物理化学
作者
Shengtang Liu,Bailin Tian,Xinrui Xu,Xinzhu Wang,Pan Ran,Yamei Sun,Jianghua Wu,Aoqian Qiu,Fangyuan Wang,Lingyu Tang,Jing Ma,Mengning Ding
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (12): 9476-9486 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c01275
摘要

The electrocatalytic oxidation of small organic molecules presents a compelling approach for environmentally friendly and value-added chemical production, especially when coupled with high-efficiency carbon dioxide reduction. However, significant challenges persist in achieving industrial-scale current densities while ensuring optimal selectivity, activity, and cycle stability of the electrocatalyst. Here, we report the high performance of the Au/NiOOH@Ni heterojunction foam electrode in selective methanol oxidation, which efficiently pairs with cathodic carbon dioxide reduction to reach ampere-level coelectrolytic production of formate. The Au/NiOOH@Ni foam demonstrated ∼100% Faraday efficiency in the high current density range of 200–1200 mA/cm2 during half-cell methanol oxidation, and a total FEformate exceeding 180% was achieved under 1.20 A/cm2 using a coelectrolytic flow cell. In situ mechanistic investigations and theoretical calculations revealed that Au/NiOOH heterojunctions promote the formation and stabilization of high-valence active NiIII/IVOOH under both as-prepared and operando conditions through the interfacial NiIV-O*-Au structure, which continuously provides abundant active sites and oxygen sources (from partial water oxidation) for methanol-to-formate conversion while constructing a stable and efficient catalytic environment.
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