Electrochemically Driven Cation Exchange Enables the Rational Design of Active CO2Reduction Electrocatalysts

催化作用 合理设计 法拉第效率 格式化 电化学 化学 金属 相(物质) 纳米技术 无机化学 材料科学 化学工程 电极 有机化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Wenhui He,Itamar Liberman,Illya Rozenberg,Raya Ifraemov,Idan Hod
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:59 (21): 8262-8269 被引量:54
标识
DOI:10.1002/anie.202000545
摘要

Metal oxides or sulfides are considered to be one of the most promising CO2 reduction reaction (CO2 RR) precatalysts, owing to their electrochemical conversion in situ into highly active electrocatalytic species. However, further improvement of the performance requires new tools to gain fine control over the composition of the active species and its structural features [e.g., grain boundaries (GBs) and undercoordinated sites (USs)], directly from a predesigned template material. Herein, we describe a novel electrochemically driven cation exchange (ED-CE) method that enables the conversion of a predesigned CoS2 template into a CO2 RR catalyst, Cu2 S. By means of ED-CE, the final Cu2 S catalyst inherits the original 3 D morphology of CoS2 , and preserves its high density of GBs. Additionally, the catalyst's phase structure, composition, and density of USs were precisely tuned, thus enabling rational design of active CO2 RR sites. The obtained Cu2 S catalyst achieved a CO2 -to-formate Faradaic efficiency of over 87 % and a record high activity (among reported Cu-based catalysts). Hence, this study opens the way for utilization of ED-CE reactions to design advanced electrocatalysts.
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