Surface hydroxide promotes CO2 electrolysis to ethylene in acidic conditions

催化作用 氢氧化物 乙烯 选择性 吸附 化学 无机化学 选择性催化还原 电解 法拉第效率 化学工程 电化学 有机化学 电极 物理化学 工程类 电解质
作者
Yufei Cao,Zhu Chen,Peihao Li,Adnan Ozden,Pengfei Ou,Weiyan Ni,Jehad Abed,Erfan Shirzadi,Jinqiang Zhang,David Sinton,Jun Ge,Edward H Sargent,Yufei Cao,Zhu Chen,Peihao Li,Adnan Ozden,Pengfei Ou,Weiyan Ni,Jehad Abed,Erfan Shirzadi
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 2387-2387 被引量:168
标识
DOI:10.1038/s41467-023-37898-8
摘要

Abstract Performing CO 2 reduction in acidic conditions enables high single-pass CO 2 conversion efficiency. However, a faster kinetics of the hydrogen evolution reaction compared to CO 2 reduction limits the selectivity toward multicarbon products. Prior studies have shown that adsorbed hydroxide on the Cu surface promotes CO 2 reduction in neutral and alkaline conditions. We posited that limited adsorbed hydroxide species in acidic CO 2 reduction could contribute to a low selectivity to multicarbon products. Here we report an electrodeposited Cu catalyst that suppresses hydrogen formation and promotes selective CO 2 reduction in acidic conditions. Using in situ time-resolved Raman spectroscopy, we show that a high concentration of CO and OH on the catalyst surface promotes C-C coupling, a finding that we correlate with evidence of increased CO residence time. The optimized electrodeposited Cu catalyst achieves a 60% faradaic efficiency for ethylene and 90% for multicarbon products. When deployed in a slim flow cell, the catalyst attains a 20% energy efficiency to ethylene, and 30% to multicarbon products.
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