Sub-1 nm Cu2O Nanosheets for the Electrochemical CO2 Reduction and Valence State–Activity Relationship

化学 催化作用 电化学 价(化学) 氧化态 氧化还原 纳米片 拉曼光谱 无机化学 选择性 二氧化碳电化学还原 吸附 化学工程 一氧化碳 物理化学 电极 工程类 有机化学 物理 光学
作者
Ping Wang,Senyao Meng,Botao Zhang,Miao He,Pangen Li,Cheng Yang,Ge Li,Zhenxing Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (48): 26133-26143 被引量:157
标识
DOI:10.1021/jacs.3c08312
摘要

The copper-based (Cu-based) electrocatalytic materials effectively carry out the electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction (CO2RR) toward C2+ products, yet the superiority and stability of the oxidation state of Cu are still worth studying. Herein, we designed and prepared three Cu-based electrocatalysts with different oxidation states to study the valence state-activity relationship. Among these Cu-based electrocatalysts, the Cu2O nanosheets with thickness of only 0.9 nm show an extremely high C2+ Faraday efficiency (FEC2+) of ∼81%, and the FEC2+ has an increase of 37% compared with the traditional CuOx phase. The ultrathin two-dimensional (2D) nanosheet structure with abundant oxygen vacancies can stabilize the oxidation state of Cu to improve the selectivity for C2+ products in CO2RR. In situ Raman spectroscopy and density functional theory calculations demonstrate that the rich Cu+ in the ultrathin 2D Cu2O nanosheets is the most suitable oxidation state for *CO adsorption and coverage on the catalyst surface, which promotes the C-C coupling reaction in CO2RR. This work provides an excellent catalyst for CO2RR toward C2+ products.
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