Active and conductive layer stacked superlattices for highly selective CO2 electroreduction

材料科学 硒化物 超晶格 氧化物 金属 选择性 格式化 无机化学 纳米技术 催化作用 化学 光电子学 有机化学 冶金
作者
Ji’an Duan,Tianyang Liu,Yinghe Zhao,Ruoou Yang,Yang Zhao,Wenbin Wang,Youwen Liu,Huiqiao Li,Yafei Li,Tianyou Zhai
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:54
标识
DOI:10.1038/s41467-022-29699-2
摘要

Metal oxides are archetypal CO2 reduction reaction electrocatalysts, yet inevitable self-reduction will enhance competitive hydrogen evolution and lower the CO2 electroreduction selectivity. Herein, we propose a tangible superlattice model of alternating metal oxides and selenide sublayers in which electrons are rapidly exported through the conductive metal selenide layer to protect the active oxide layer from self-reduction. Taking BiCuSeO superlattices as a proof-of-concept, a comprehensive characterization reveals that the active [Bi2O2]2+ sublayers retain oxidation states rather than their self-reduced Bi metal during CO2 electroreduction because of the rapid electron transfer through the conductive [Cu2Se2]2- sublayer. Theoretical calculations uncover the high activity over [Bi2O2]2+ sublayers due to the overlaps between the Bi p orbitals and O p orbitals in the OCHO* intermediate, thus achieving over 90% formate selectivity in a wide potential range from -0.4 to -1.1 V. This work broadens the studying and improving of the CO2 electroreduction properties of metal oxide systems.
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