Double sulfur vacancies by lithium tuning enhance CO2 electroreduction to n-propanol

硫黄 电化学 空位缺陷 催化作用 锂(药物) 密度泛函理论 化学 电极 无机化学 材料科学 法拉第效率 结晶学 物理化学 计算化学 有机化学 冶金 医学 内分泌学
作者
Peng Chen,Gan Luo,Junbo Zhang,Menghuan Chen,Zhiqiang Wang,Tsun‐Kong Sham,Lijuan Zhang,Yafei Li,Gengfeng Zheng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:267
标识
DOI:10.1038/s41467-021-21901-1
摘要

Abstract Electrochemical CO 2 reduction can produce valuable products with high energy densities but the process is plagued by poor selectivities and low yields. Propanol represents a challenging product to obtain due to the complicated C 3 forming mechanism that requires both stabilization of *C 2 intermediates and subsequent C 1 –C 2 coupling. Herein, density function theory calculations revealed that double sulfur vacancies formed on hexagonal copper sulfide can feature as efficient electrocatalytic centers for stabilizing both CO* and OCCO* dimer, and further CO–OCCO coupling to form C 3 species, which cannot be realized on CuS with single or no sulfur vacancies. The double sulfur vacancies were then experimentally synthesized by an electrochemical lithium tuning strategy, during which the density of sulfur vacancies was well-tuned by the charge/discharge cycle number. The double sulfur vacancy-rich CuS catalyst exhibited a Faradaic efficiency toward n-propanol of 15.4 ± 1% at −1.05 V versus reversible hydrogen electrode in H-cells, and a high partial current density of 9.9 mA cm −2 at −0.85 V in flow-cells, comparable to the best reported electrochemical CO 2 reduction toward n-propanol. Our work suggests an attractive approach to create anion vacancy pairs as catalytic centers for multi-carbon-products.
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