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Regulating Interfacial Hydrogen-Bonding Networks by Implanting Cu Sites with Perfluorooctane to Accelerate CO2 Electroreduction to Ethanol
Angewandte Chemie International Edition ( IF 16.1 ) Pub Date : 2024-12-02 , DOI: 10.1002/anie.202418459 Jing Zhou, Bingling He, Pu Huang, Dongge Wang, Zechao Zhuang, Jing Xu, Chengsi Pan, Yuming Dong, Dingsheng Wang, Yao Wang, Hongwen Huang, Jiawei Zhang, Yongfa Zhu
Angewandte Chemie International Edition ( IF 16.1 ) Pub Date : 2024-12-02 , DOI: 10.1002/anie.202418459 Jing Zhou, Bingling He, Pu Huang, Dongge Wang, Zechao Zhuang, Jing Xu, Chengsi Pan, Yuming Dong, Dingsheng Wang, Yao Wang, Hongwen Huang, Jiawei Zhang, Yongfa Zhu
Efficient CO2 electroreduction (CO2RR) to ethanol holds promise to generate value-added chemicals and harness renewable energy simultaneously. Yet, it remains an ongoing challenge due to the competition with thermodynamically more preferred ethylene production. Herein, we presented a CO2 reduction predilection switch from ethylene to ethanol (ethanol-to-ethylene ratio of ~5.4) by inherently implanting Cu sites with perfluorooctane to create interfacial non-covalent interactions. The 1.83%F-Cu2O organic-inorganic hybrids (OIHs) exhibited an extraordinary ethanol faradaic efficiency (FEethanol) of ∼55.2%, with an impressive ethanol partial current density of 166 mA cm-2 and excellent robustness over 60 hours of continuous operation. This exceptional performance ranks our 1.83%F-Cu2O OIHs among the best-performing ethanol-oriented CO2RR electrocatalysts. Our findings identified that C8F18 could strengthen the interfacial hydrogen bonding connectivity, which consequently promotes the generation of active hydrogen species and preferentially favors the hydrogenation of *CHCOH to *CHCHOH, thus switching the reaction from ethylene-preferred to ethanol-oriented. The presented investigations highlight opportunities for using noncovalent interactions to tune the selectivity of CO2 electroreduction to ethanol, bringing it closer to practical implementation requirements.
中文翻译:
通过用全氟辛烷植入 Cu 位点来调节界面氢键网络,以加速 CO2 电还原为乙醇
高效的 CO2 电还原 (CO2RR) 制乙醇有望同时产生增值化学品并利用可再生能源。然而,由于与热力学上更优选的乙烯生产的竞争,这仍然是一个持续的挑战。在此,我们提出了一种从乙烯到乙醇的 CO2 还原偏好转换(乙醇与乙烯的比率为 ~5.4),方法是在铜位点上植入全氟辛烷以产生界面非共价相互作用。1.83%F-Cu2O 有机-无机杂化物 (OIH) 表现出 ∼55.2% 的非凡乙醇法拉第效率 (FEethanol),具有令人印象深刻的 166 mA cm-2 乙醇部分电流密度,并且在连续运行 60 小时内具有出色的稳健性。这种卓越的性能使我们的 1.83%F-Cu2O OIH 成为性能最佳的乙醇导向型 CO2RR 电催化剂之一。我们的研究发现,C8F18 可以加强界面氢键连接,从而促进活性氢种类的产生,并优先有利于 *CHCOH 氢化为 *CHCHOH,从而将反应从乙烯优选反应转变为乙醇导向反应。所提出的研究强调了使用非共价相互作用来调节 CO2 电还原为乙醇的选择性的机会,使其更接近实际实施要求。
更新日期:2024-12-03
中文翻译:
通过用全氟辛烷植入 Cu 位点来调节界面氢键网络,以加速 CO2 电还原为乙醇
高效的 CO2 电还原 (CO2RR) 制乙醇有望同时产生增值化学品并利用可再生能源。然而,由于与热力学上更优选的乙烯生产的竞争,这仍然是一个持续的挑战。在此,我们提出了一种从乙烯到乙醇的 CO2 还原偏好转换(乙醇与乙烯的比率为 ~5.4),方法是在铜位点上植入全氟辛烷以产生界面非共价相互作用。1.83%F-Cu2O 有机-无机杂化物 (OIH) 表现出 ∼55.2% 的非凡乙醇法拉第效率 (FEethanol),具有令人印象深刻的 166 mA cm-2 乙醇部分电流密度,并且在连续运行 60 小时内具有出色的稳健性。这种卓越的性能使我们的 1.83%F-Cu2O OIH 成为性能最佳的乙醇导向型 CO2RR 电催化剂之一。我们的研究发现,C8F18 可以加强界面氢键连接,从而促进活性氢种类的产生,并优先有利于 *CHCOH 氢化为 *CHCHOH,从而将反应从乙烯优选反应转变为乙醇导向反应。所提出的研究强调了使用非共价相互作用来调节 CO2 电还原为乙醇的选择性的机会,使其更接近实际实施要求。