电化学一氧化碳(CO)还原为高能量密度燃料为化学生产和间歇性能量存储提供了潜在的途径。正丙醇作为一种有价值的C3物种,仍然存在法拉第效率(FE)较低、转化率慢、稳定性差等问题。
在此,复旦大学Bo Zhang,Xin Xu引入了一种“原子尺寸失配”策略来调节活性位点,并报告了一种具有大量原子Pb浓集晶界的Pb掺杂Cu催化剂的简便合成方法。
文章要点
1)原位光谱研究表明,这些富含Pb的Cu晶界位点表现出稳定的低配位,并且可以实现更强的CO吸附,从而获得更高的表面CO覆盖率。
2)使用这种Pb-Cu催化剂,在流通池中实现了47±3%的CO到正丙醇的FE(FEpropanol)和25%的半电池能量转换效率(EE)。当应用于膜电极组件(MEA)装置时,在正丙醇部分电流高于300 mA(5 cm2电极)的情况下,稳定的FE丙醇在30%以上,相应的全电池EE在16%以上,可维持100小时以上。
3)此外,原位X射线吸收光谱和理论研究表明,结构灵活的Pb-Cu表面可以自适应地稳定关键中间体,从而在保持C-C偶联能力的同时增强*CO结合,从而促进CO到-正丙醇转化率。
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Niu, W., Chen, Z., Guo, W. et al. Pb-rich Cu grain boundary sites for selective CO-to-n-propanol electroconversion. Nat Commun 14, 4882 (2023).
DOI:10.1038/s41467-023-40689-w
https://doi.org/10.1038/s41467-023-40689-w