Promoting Hydrogen Transfer in Electrochemical CO2 Reduction via a Hydrogen on Demand Pathway

质子化 法拉第效率 催化作用 电化学 化学 氧化还原 无机化学 电子转移 吸附 光化学 电极 有机化学 物理化学 离子
作者
Jianfa Chen,Chenghong Hu,Youxia Liu,Yimin Wei,Kui Shen,Liyu Chen,Yingwei Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202422775
摘要

The proceeding of electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) requires the formation of active hydrogen species for CO2 protonation, while traditional catalysts fail to balance the rate of hydrogen supply and CO2 protonation. Herein, we propose a "hydrogen on demand" mechanism, in which the polarity of the adsorbed CO2 is enhanced to allow the capture of hydrogen from water without forming free hydrogen species, realizing the matching rate of hydrogen supply and CO2 protonation. As a proof of concept, we construct Zn-N sites modified by Se atoms, allowing the proceeding of CO2RR under the "hydrogen on demand" mechanism with superior efficiency. The catalyst achieves an industrial CO current of -539.7 mA cm-2, faradaic efficiencies of CO > 90% over a broad window from -0.5 to -1.1 V vs. reversible hydrogen electrode and a high turnover frequency of 7.6 × 104 h-1 in flow cell. In-situ characterization and theoretical calculations reveal that the introduced Se sites enhance the electron localization around the Zn sites, thus increasing the polarity of adsorbed CO2- with improved ability to acquire hydrogen species from water to facilitate the protonation process.
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