Mechanistic Insights into the Enhanced Activity and Stability of Agglomerated Cu Nanocrystals for the Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to n-Propanol

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作者
Dan Ren,Nian Tee Wong,Albertus D. Handoko,Yun Huang,Boon Siang Yeo
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:7 (1): 20-24 被引量:239
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.5b02554
摘要

The reduction of carbon dioxide (CO2) to n-propanol (CH3CH2CH2OH) using renewable electricity is a potentially sustainable route to the production of this valuable engine fuel. In this study, we report that agglomerates of ∼15 nm sized copper nanocrystals exhibited unprecedented catalytic activity for this electrochemical reaction in aqueous 0.1 M KHCO3. The onset potential for the formation of n-propanol was 200–300 mV more positive than for an electropolished Cu surface or Cu0 nanoparticles. At −0.95 V (vs RHE), n-propanol was formed on the Cu nanocrystals with a high current density (jn-propanol) of −1.74 mA/cm2, which is ∼25× larger than that found on Cu0 nanoparticles at the same applied potential. The Cu nanocrystals were also catalytically stable for at least 6 h, and only 14% deactivation was observed after 12 h of CO2 reduction. Mechanistic studies suggest that n-propanol could be formed through the C–C coupling of carbon monoxide and ethylene precursors. The enhanced activity of the Cu nanocrystals toward n-propanol formation was correlated to their surface population of defect sites.
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