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Selective CO2 Electroreduction with Enhanced Oxygen Evolution Efficiency in Affordable Borate-Mediated Molten Electrolyte
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2023-03-14 , DOI: 10.1021/acsenergylett.3c00082
Zhengshan Yang 1 , Bowen Deng 1 , Liangyou Hu 1 , Kaifa Du 1 , Huayi Yin 1 , Dihua Wang 1
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2023-03-14 , DOI: 10.1021/acsenergylett.3c00082
Zhengshan Yang 1 , Bowen Deng 1 , Liangyou Hu 1 , Kaifa Du 1 , Huayi Yin 1 , Dihua Wang 1
Affiliation
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The renewable-electricity-driven carbon dioxide reduction reaction (CO2RR) is potentially a pathway to closing the anthropogenic carbon cycle; however, it is challenging to couple a fast cathodic CO2RR that endows tunable selectivity with a kinetically matched anodic oxygen evolution reaction (OER) at a promising energy efficiency. Here, we report a cost-effective strategy to convert CO2 into C/CO (tunable selectivity of over 70%) with enhanced OER kinetics in water-soluble Na-K-based molten carbonate by modulating the electrolyte’s oxo-acidity using earth-abundant borax (Na2B4O7) as an electrolyte additive, where the borates acting as O2– (an oxo-base) shuttles that constantly mediate between cathode and anode can concurrently facilitate CO2RR and OER. In particular, it can respectively sustain CO2RR at a stable current density of 100 mA cm–2 with a considerable OER current density of ∼300 mA cm–2. The optimal energy efficiency can reach up to over 60%, opening avenues for efficiently manipulating CO2RR and simultaneously enhancing OER.
中文翻译：
在负担得起的硼酸盐介导的熔融电解质中选择性 CO2 电还原和增强的氧气释放效率
可再生电力驱动的二氧化碳还原反应 (CO 2 RR) 可能是关闭人为碳循环的途径；然而，将具有可调选择性的快速阴极 CO 2 RR 与动力学匹配的阳极析氧反应 (OER) 以有前途的能量效率结合起来具有挑战性。在这里，我们报告了一种具有成本效益的策略，通过使用土-调节电解质的含氧酸，将 CO 2转化为 C/CO（可调选择性超过 70%），并在水溶性 Na-K 基熔融碳酸盐中增强 OER 动力学。丰富的硼砂 (Na 2 B 4 O 7 ) 作为电解质添加剂，其中硼酸盐充当 O 2–不断调节阴极和阳极之间的（含氧碱基）穿梭可以同时促进 CO 2 RR 和 OER。特别是，它可以在 100 mA cm –2的稳定电流密度下分别维持 CO 2 RR 和 ∼300 mA cm –2的相当大的 OER 电流密度。最佳能源效率最高可达 60% 以上，为有效控制 CO 2 RR 并同时提高 OER 开辟了道路。
更新日期：2023-03-14
中文翻译：
在负担得起的硼酸盐介导的熔融电解质中选择性 CO2 电还原和增强的氧气释放效率
可再生电力驱动的二氧化碳还原反应 (CO 2 RR) 可能是关闭人为碳循环的途径；然而，将具有可调选择性的快速阴极 CO 2 RR 与动力学匹配的阳极析氧反应 (OER) 以有前途的能量效率结合起来具有挑战性。在这里，我们报告了一种具有成本效益的策略，通过使用土-调节电解质的含氧酸，将 CO 2转化为 C/CO（可调选择性超过 70%），并在水溶性 Na-K 基熔融碳酸盐中增强 OER 动力学。丰富的硼砂 (Na 2 B 4 O 7 ) 作为电解质添加剂，其中硼酸盐充当 O 2–不断调节阴极和阳极之间的（含氧碱基）穿梭可以同时促进 CO 2 RR 和 OER。特别是，它可以在 100 mA cm –2的稳定电流密度下分别维持 CO 2 RR 和 ∼300 mA cm –2的相当大的 OER 电流密度。最佳能源效率最高可达 60% 以上，为有效控制 CO 2 RR 并同时提高 OER 开辟了道路。
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