Bromine‐Enhanced Generation and Epoxidation of Ethylene in Tandem CO2 Electrolysis Towards Ethylene Oxide

乙烯 法拉第效率 化学 光化学 阳极 拉曼光谱 无机化学 材料科学 有机化学 催化作用 物理化学 电极 光学 物理
作者
Wenjie Xue,Quan Li,Hongxia Liu,Yu Bo,Xinqing Chen,Bao Yu Xia,Bao Yu Xia
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (44) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/anie.202311570
摘要

The indirect electro-epoxidation of ethylene (C2 H4 ), produced from CO2 electroreduction (CO2 R), holds immense promise for CO2 upcycling to valuable ethylene oxide (EO). However, this process currently has a mediocre Faradaic efficiency (FE) due to sluggish formation and rapid dissociation of active species, as well as reductive deactivation of Cu-based electrocatalysts during the conversion of C2 H4 to EO and CO2 to C2 H4 , respectively. Herein, we report a bromine-induced dual-enhancement strategy designed to concurrently promote both C2 H4 -to-EO and CO2 -to-C2 H4 conversions, thereby improving EO generation, using single-atom Pt on N-doped CNTs (Pt1 /NCNT) and Br- -bearing porous Cu2 O as anode and cathode electrocatalysts, respectively. Physicochemical characterizations including synchrotron X-ray absorption, operando infrared spectroscopy, and quasi in situ Raman spectroscopy/electron paramagnetic resonance with theoretical calculations reveal that the favorable Br2 /HBrO generation over Pt1 /NCNT with optimal intermediate binding facilitates C2 H4 -to-EO conversion with a high FE of 92.2 %, and concomitantly, the Br- with strong nucleophilicity protects active Cu+ species in Cu2 O effectively for improved CO2 -to-C2 H4 conversion with a FE of 66.9 % at 800 mA cm-2 , superior to those in the traditional chloride-mediated case. Consequently, a single-pass FE as high as 41.1 % for CO2 -to-EO conversion can be achieved in a tandem system.
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