RETRACTED ARTICLE: Theory-guided Sn/Cu alloying for efficient CO2 electroreduction at low overpotentials

格式化 密度泛函理论 法拉第效率 催化作用 选择性 无机化学 可逆氢电极 材料科学 电合成 化学 制氢 电化学 冶金 物理化学 电极 计算化学 工作电极 有机化学
作者
Xueli Zheng,Yongfei Ji,Jing Tang,Jiangyan Wang,Bofei Liu,Hans‐Georg Steinrück,Kipil Lim,Yuzhang Li,Michael F. Toney,Karen Chan,Yi Cui
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:2 (1): 55-61 被引量:274
标识
DOI:10.1038/s41929-018-0200-8
摘要

Electrochemical CO2 reduction to formate provides an avenue to reduce globally accelerating CO2 emissions and produce value-added products. Unfortunately, high selectivity in formate electrosynthesis has thus far only been achieved at highly cathodic potentials. Here we use density functional theory to investigate the effect of alloying Cu and Sn on the activity and selectivity towards formate. A theoretical thermodynamic analysis of the reaction energetics suggests that the incorporation of copper into tin could suppress hydrogen evolution and CO production, thus favouring formate generation. Consistent with theoretical trends, the designed CuSn3 catalysts by co-electrodeposition exhibit a Faradaic efficiency of 95% towards formate generation at −0.5 V versus RHE. Furthermore, the catalysts show no degradation over 50 h of operation. In situ Sn L3-edge and Cu K-edge X-ray absorption spectroscopy indicate electron donation from Sn to Cu, which indicates positive oxidation states of Sn in CuSn3 under operating conditions. The electroreduction of carbon dioxide to formate represents a desirable strategy for the production of fuels and commodity chemicals. Now, guided by density functional theory, Cui and colleagues report CuSn3 alloys that exhibit high activity and selectivity for formate production from CO2 electroreduction at potentials as low as −0.5 V versus RHE.
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