High-Power CO2-to-C2 Electroreduction on Ga-Spaced, Square-like Cu Sites

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作者
Shuai Yan,Zheng Chen,Yangshen Chen,Peng Chen,Xingyu Ma,Ximeng Lv,Zhehao Qiu,Yong Yang,Yao‐Yue Yang,Min Kuang,Xin Xu,Gengfeng Zheng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (48): 26374-26382 被引量:19
标识
DOI:10.1021/jacs.3c10202
摘要

The electrochemical conversion of CO2 into multicarbon (C2) products on Cu-based catalysts is strongly affected by the surface coverage of adsorbed CO (*CO) intermediates and the subsequent C-C coupling. However, the increased *CO coverage inevitably leads to strong *CO repulsion and a reduced C-C coupling efficiency, thus resulting in suboptimal CO2-to-C2 activity and selectivity, especially at ampere-level electrolysis current densities. Herein, we developed an atomically ordered Cu9Ga4 intermetallic compound consisting of Cu square-like binding sites interspaced by catalytically inert Ga atoms. Compared to Cu(100) previously known with a high C2 selectivity, the Ga-spaced, square-like Cu sites presented an elongated Cu-Cu distance that allowed to reduce *CO repulsion and increased *CO coverage simultaneously, thus endowing more efficient C-C coupling to C2 products than Cu(100) and Cu(111). The Cu9Ga4 catalyst exhibited an outstanding CO2-to-C2 electroreduction, with a peak C2 partial current density of 1207 mA cm-2 and a corresponding Faradaic efficiency of 71%. Moreover, the Cu9Ga4 catalyst demonstrated a high-power (∼200 W) electrolysis capability with excellent electrochemical stability.
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