Promoting CO2 Electroreduction to Multi‐Carbon Products by Hydrophobicity‐Induced Electro‐Kinetic Retardation

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作者
Mengjiao Zhuansun,Yue Liu,Ruihu Lu,Fan Zeng,Zhanyou Xu,Ying Wang,Yao‐Yue Yang,Ziyun Wang,Gengfeng Zheng,Yuhang Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (41) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/anie.202309875
摘要

Advancing the performance of the Cu-catalyzed electrochemical CO2 reduction reaction (CO2 RR) is crucial for its practical applications. Still, the wettable pristine Cu surface often suffers from low exposure to CO2 , reducing the Faradaic efficiencies (FEs) and current densities for multi-carbon (C2+ ) products. Recent studies have proposed that increasing surface availability for CO2 by cation-exchange ionomers can enhance the C2+ product formation rates. However, due to the rapid formation and consumption of *CO, such promotion in reaction kinetics can shorten the residence of *CO whose adsorption determines C2+ selectivity, and thus the resulting C2+ FEs remain low. Herein, we discover that the electro-kinetic retardation caused by the strong hydrophobicity of quaternary ammonium group-functionalized polynorbornene ionomers can greatly prolong the *CO residence on Cu. This unconventional electro-kinetic effect is demonstrated by the increased Tafel slopes and the decreased sensitivity of *CO coverage change to potentials. As a result, the strongly hydrophobic Cu electrodes exhibit C2+ Faradaic efficiencies of ≈90 % at a partial current density of 223 mA cm-2 , more than twice of bare or hydrophilic Cu surfaces.

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