High‐rate CO2‐to‐CH4 Electrosynthesis by Undercoordinated Cu Sites in Alkaline‐Earth‐Metal Perovskites with Strong Basicity

电合成 电解 电催化剂 电化学 材料科学 氧化物 钙钛矿(结构) 无机化学 碱土金属 催化作用 金属 电极 物理化学 化学 结晶学 电解质 冶金 生物化学 有机化学
作者
Zikai Xu,Peng Chen,Gan Luo,Songtao Yang,Pinger Yu,Shuai Yan,Mohsen Shakouri,Zhiqiang Wang,Tsun‐Kong Sham,Gengfeng Zheng
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (19) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/aenm.202204417
摘要

Abstract The electrochemical CO 2 reduction to CH 4 has been extensively demonstrated, but still suffers from relatively poor activity and requires high overpotentials especially at large electrolysis rates. Perovskite oxides (A x B y O) are one type of promising electrocatalyst for the CO 2 reduction due to their tunable electronic structures. In this work, a Ca 2 CuO 3 perovskite oxide catalyst is developed with alkaline‐earth A‐sites, featuring an inherently strong basic strengthand outstanding capability for CO 2 adsorption, as well as the undercoordinated Cu sites generated through partial surface Ca 2+ cation leaching. The Ca 2 CuO 3 catalyst exhibitsa high partial current density of 517 ± 23 mA cm −2 for producing CH 4 at a low applied potential of −0.30 V versus reversible hydrogen electrode, which further reached to a peak value of 1452 ± 156 mA cm −2 . Density functional calculations show that the undercoordinated Cu sites allowed to promote the hydrogenation of * CO and subsequent * CHO intermediates, thus leading to the high CH 4 activity. This work suggests an attractive design strategy for tuning the A‐sites in perovskite oxides to realize high‐rate CO 2 ‐to‐CH 4 electrosynthesis with low overpotentials.
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