Bio-inspired hydrophobicity promotes CO2 reduction on a Cu surface

选择性 法拉第效率 乙烯 材料科学 水溶液 化学工程 碳氢化合物 电极 化学 接触角 润湿 无机化学 催化作用 有机化学 电化学 物理化学 工程类
作者
David Wakerley,Sarah Lamaison,François Ozanam,Nicolas Menguy,Dimitri Mercier,Philippe Marcus,Marc Fontecave,Victor Mougel
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:18 (11): 1222-1227 被引量:689
标识
DOI:10.1038/s41563-019-0445-x
摘要

The aqueous electrocatalytic reduction of CO2 into alcohol and hydrocarbon fuels presents a sustainable route towards energy-rich chemical feedstocks. Cu is the only material able to catalyse the substantial formation of multicarbon products (C2/C3), but competing proton reduction to hydrogen is an ever-present drain on selectivity. Here, a superhydrophobic surface was generated by 1-octadecanethiol treatment of hierarchically structured Cu dendrites, inspired by the structure of gas-trapping cuticles on subaquatic spiders. The hydrophobic electrode attained a 56% Faradaic efficiency for ethylene and 17% for ethanol production at neutral pH, compared to 9% and 4% on a hydrophilic, wettable equivalent. These observations are assigned to trapped gases at the hydrophobic Cu surface, which increase the concentration of CO2 at the electrode–solution interface and consequently increase CO2 reduction selectivity. Hydrophobicity is thus proposed as a governing factor in CO2 reduction selectivity and can help explain trends seen on previously reported electrocatalysts. Aqueous electrocatalytic reduction of CO2 into alcohol and hydrocarbon fuels is a sustainable route towards energy-rich chemical feedstocks. A superhydrophobic surface of hierarchically structured Cu dendrites exhibits a significant increase in CO2 reduction selectivity.
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