Electrochemical CO2 reduction on Cu2O-derived copper nanoparticles: controlling the catalytic selectivity of hydrocarbons

文献情報

出版日 2014-04-29
DOI 10.1039/C4CP01520G
インパクトファクター 3.676
著者

Recep Kas, Ruud Kortlever, Alexander Milbrat, Marc T. M. Koper, Guido Mul, Jonas Baltrusaitis


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要旨

The catalytic activity and hydrocarbon selectivity in electrochemical carbon dioxide (CO2) reduction on cuprous oxide (Cu2O) derived copper nanoparticles is discussed. Cuprous oxide films with [100], [110] and [111] orientation and variable thickness were electrodeposited by reduction of copper(II) lactate on commercially available copper plates. After initiation of the electrochemical CO2 reduction by these oxide structures, the selectivity of the process was found to largely depend on the parent Cu2O film thickness, rather than on the initial crystal orientation. Starting with thin Cu2O films, besides CO and hydrogen, selective formation of ethylene is observed with very high ethylene-to-methane ratios (∼8 to 12). In addition to these products, thicker Cu2O films yield a remarkably large amount of ethane. Long term Faradaic efficiency analysis of hydrocarbons shows no sign of deactivation of the electrodes after 5 hours of continuous experiment. Online mass spectroscopy studies combined with X-ray diffraction data suggest the reduction of the Cu2O films in the presence of CO2, generating a nanoparticulate Cu morphology, prior to the production of hydrogen, CO, and hydrocarbons. Optimizing coverage, number density and size of the copper nanoparticles, as well as local surface pH, may allow highly selective formation of the industrially important product ethylene.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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