Regulating Cu Oxidation State for Electrocatalytic CO2 Conversion into CO with Near‐Unity Selectivity via Oxygen Spillover

选择性 双金属片 催化作用 价(化学) 氧气 法拉第效率 氧化态 产量(工程) 溢出效应 材料科学 化学 无机化学 电化学 电极 物理化学 冶金 有机化学 经济 微观经济学
作者
Yufei Jia,Dekang Li,Chang Liu,Tao Song,Lele Duan,Fusheng Li,Fei Li,Yongfei Ji,Licheng Sun,Ke Fan
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202402537
摘要

Abstract Cu‐based catalysts are the most intensively studied in the field of electrocatalytic CO 2 reduction reaction (CO 2 RR), demonstrating the capacity to yield diverse C 1 and C 2+ products albeit with unsatisfactory selectivity. Manipulation of the oxidation state of Cu sites during CO 2 RR process proves advantageous in modulating the selectivity of productions, but poses a formidable challenge. Here, an oxygen spillover strategy is proposed to enhance the oxidation state of Cu during CO 2 RR by incorporating the oxygen donor Sb 2 O 4 . The Cu‐Sb bimetallic oxide catalyst attains a remarkable CO 2 ‐to‐CO selectivity approaching unity, in stark contrast to the diverse product distribution observed with bare CuO. The exceptional Faradaic efficiency of CO can be maintained across a wide range of potential windows of ≈700 mV in 1 m KOH, and remains independent of the Cu/Sb ratio (ranging from 0.1:1 to 10:1). Correlative calculations and experimental results reveal that oxygen spillover from Sb 2 O 4 to Cu sites maintains the relatively high valence state of Cu during CO 2 RR, which diminishes the binding strength of * CO, thereby achieving heightened selectivity in CO production. These findings propose the role of oxygen spillover in CO 2 RR over Cu‐based catalysts, and shed light on the rational design of highly selective CO 2 reduction catalysts.
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