Monodisperse Au Nanoparticles for Selective Electrocatalytic Reduction of CO2 to CO

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作者
Wenlei Zhu,Ronald Michalsky,Önder Metin,Haifeng Lv,Shaojun Guo,Christopher J. Wright,Xiaolian Sun,Andrew A. Peterson,Shouheng Sun
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:135 (45): 16833-16836 被引量:1308
标识
DOI:10.1021/ja409445p
摘要

We report selective electrocatalytic reduction of carbon dioxide to carbon monoxide on gold nanoparticles (NPs) in 0.5 M KHCO3 at 25 °C. Among monodisperse 4, 6, 8, and 10 nm NPs tested, the 8 nm Au NPs show the maximum Faradaic efficiency (FE) (up to 90% at -0.67 V vs reversible hydrogen electrode, RHE). Density functional theory calculations suggest that more edge sites (active for CO evolution) than corner sites (active for the competitive H2 evolution reaction) on the Au NP surface facilitates the stabilization of the reduction intermediates, such as COOH*, and the formation of CO. This mechanism is further supported by the fact that Au NPs embedded in a matrix of butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate for more efficient COOH* stabilization exhibit even higher reaction activity (3 A/g mass activity) and selectivity (97% FE) at -0.52 V (vs RHE). The work demonstrates the great potentials of using monodisperse Au NPs to optimize the available reaction intermediate binding sites for efficient and selective electrocatalytic reduction of CO2 to CO.

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