Synthesis of 2H/fcc‐Heterophase AuCu Nanostructures for Highly Efficient Electrochemical CO2 Reduction at Industrial Current Densities

材料科学 纳米结构 化学工程 电化学 电催化剂 还原(数学) 电流(流体) 纳米技术 电流密度 冶金 电极 物理化学 热力学 几何学 物理 数学 化学 量子力学 工程类
作者
Xichen Zhou,An Zhang,Bo Chen,Shangqian Zhu,Yu Cui,Licheng Bai,Jinli Yu,Yiyao Ge,Qinbai Yun,Lujiang Li,Biao Huang,Lingwen Liao,Jiaju Fu,Qingbo Wa,Gang Wang,Zhiqi Huang,Long Zheng,Yi Ren,Siyuan Li,Guangyao Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (51) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/adma.202304414
摘要

Structural engineering of nanomaterials offers a promising way for developing high-performance catalysts toward catalysis. However, the delicate modulation of thermodynamically unfavorable nanostructures with unconventional phases still remains a challenge. Here, the synthesis of hierarchical AuCu nanostructures is reported with hexagonal close-packed (2H-type)/face-centered cubic (fcc) heterophase, high-index facets, planar defects (e.g., stacking faults, twin boundaries, and grain boundaries), and tunable Cu content. The obtained 2H/fcc Au99 Cu1 hierarchical nanosheets exhibit excellent performance for the electrocatalytic CO2 reduction to produce CO, outperforming the 2H/fcc Au91 Cu9 and fcc Au99 Cu1 . The experimental results, especially those obtained by in-situ differential electrochemical mass spectroscopy and attenuated total reflection Fourier-transform infrared spectroscopy, suggest that the enhanced catalytic performance of 2H/fcc Au99 Cu1 arises from the unconventional 2H/fcc heterophase, high-index facets, planar defects, and appropriate alloying of Cu. Impressively, the 2H/fcc Au99 Cu1 shows CO Faradaic efficiencies of 96.6% and 92.6% at industrial current densities of 300 and 500 mA cm-2 , respectively, as well as good durability, placing it among the best CO2 reduction electrocatalysts for CO production. The atomically structural regulation based on phase engineering of nanomaterials (PEN) provides an avenue for the rational design and preparation of high-performance electrocatalysts for various catalytic applications.
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