Trace-Level Cobalt Dopants Enhance CO2 Electroreduction and Ethylene Formation on Copper

乙烯 选择性 掺杂剂 催化作用 无机化学 电解质 电化学 氧化还原 除氧 材料科学 化学 光化学 兴奋剂 物理化学 电极 有机化学 光电子学
作者
Beomil Kim,Ying Chuan Tan,Yeonkyeong Ryu,Kyuseon Jang,Hafiz Ghulam Abbas,Taehyeok Kang,Hyeonuk Choi,Kug‐Seung Lee,Sojung Park,Wooyul Kim,Pyuck‐Pa Choi,Stefan Ringe,Jihun Oh
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (8): 3356-3364 被引量:63
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c00418
摘要

The development of Cu-based catalysts for electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) with stronger CO-binding elements had been unsuccessful in improving multicarbon production from the CO2RR due to CO-poisoning. Here, we discover that trace doping levels of Co atoms in Cu, termed CoCu single-atom alloy (SAA), achieve up to twice the formation rate of CO as compared to bare Cu and further demonstrate a high jC2H4 of 282 mA cm–2 at −1.01 VRHE in a neutral electrolyte. From DFT calculations, Cu sites neighboring CO-poisoned Co atomic sites accelerate CO2-to-CO conversion and enhance the coverage of *CO intermediates required for the formation of multicarbon products. Furthermore, CoCu SAA also exhibits active sites that favor the deoxygenation of *HOCCH, which increases the selectivity toward ethylene over ethanol. Ultimately, CoCu SAA can simultaneously boost the formation of *CO intermediates and modulate the selectivity toward ethylene, resulting in one of the highest ethylene yields of 15.6%.
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