Interfacial Water Tuning by Intermolecular Spacing for Stable CO2 Electroreduction to C2+ Products

催化作用 法拉第效率 化学工程 选择性 烷基 甲苯 化学 表面改性 电解 膜电极组件 电化学 无机化学 材料科学 电极 阳极 有机化学 物理化学 工程类 电解质
作者
Zhengzheng Liu,Ximeng Lv,Shuyi Kong,Mingtai Liu,Kunhao Liu,Junbo Zhang,Bowen Wu,Quan Zhang,Yi Tang,Linping Qian,Lijuan Zhang,Gengfeng Zheng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (43) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/anie.202309319
摘要

Electroreduction of CO2 to multi-carbon (C2+ ) products is a promising approach for utilization of renewable energy, in which the interfacial water quantity is critical for both the C2+ product selectivity and the stability of Cu-based electrocatalytic sites. Functionalization of long-chain alkyl molecules on a catalyst surface can help to increase its stability, while it also tends to block the transport of water, thus inhibiting the C2+ product formation. Herein, we demonstrate the fine tuning of interfacial water by surface assembly of toluene on Cu nanosheets, allowing for sustained and enriched CO2 supply but retarded water transfer to catalytic surface. Compared to bare Cu with fast cathodic corrosion and long-chain alkyl-modified Cu with main CO product, the toluene assembly on Cu nanosheet surface enabled a high Faradaic efficiency of 78 % for C2+ and a partial current density of 1.81 A cm-2 . The toluene-modified Cu catalyst further exhibited highly stable CO2 -to-C2 H4 conversion of 400 h in a membrane-electrode-assembly electrolyzer, suggesting the attractive feature for both efficient C2+ selectivity and excellent stability.
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