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Computational Design of Copper doped Indium for electrocatalytic Reduction of CO2 to Formic Acid

甲酸 格式化 无机化学 电催化剂 选择性 吸附 电解质 二氧化碳电化学还原 化学 吉布斯自由能 电化学 催化作用 材料科学 电极 物理化学 一氧化碳 有机化学 物理 量子力学
作者
Wenli Sun,Liang Yu,Changhong Wang,Xia Feng,Wei Zhou,Bin Zhang
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:12 (22): 5632-5636 被引量:18
标识
DOI:10.1002/cctc.202001135
摘要

Abstract Electrochemical reduction of CO 2 to formic acid is crucial to achieve a low carbon cycle and mitigate the energy crisis. Density functional calculation is deemed to be an important method for designing highly efficient catalysts for CO 2 electrochemical reduction (CO 2 ER). Cu−In alloy is mostly reported to show an increasing selectivity of reducing CO 2 to CO, however the performance of CO 2 ER over In with tiny amount of Cu doping and the influence of trace Cu to the reaction are rarely researched. Here, The CO 2 ER mechanism over In and trace Cu doped In (denoted as Cu−In) catalysts are theoretically investigated. Additionally, the relative reduction pathways and Gibbs free energies of the key intermediates ( * COOH and HCOO * ) are calculated, which show that Cu−In can produce formic acid more efficiently since Cu−In surface prefers to adsorb HCOO* to form formic acid and decrease the production of CO. Additionally, the theoretical calculation is verified by experimental results. The designed Cu−In catalyst (containing 1.55 wt % Cu) shows a high Faraday efficiency of 70 % for formate in CO 2 saturated 0.5 M NaHCO 3 electrolyte, which is much better than pure In (56 %).
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