(Invited) Nanotip-Defined High Local Electric Fields Accelerate CO<sub>2</sub> Reduction Heterogeneous Catalysts
Notice bibliographique
Résumé
The electrochemical reduction of carbon dioxide (CO2) provides a promising path towards the storage of renewable energy and to the sustainable synthesis of carbon-based chemical feedstocks. A key challenge for such a process is the low activity and selectivity of the CO2 reduction reaction (CO2RR). It is intensely desired to reduce CO2 at low overpotentials, generating desired products at high current densities over extended periods, and reacting selectively without the formation of undesired byproducts. However, CO2RR today is hindered by the low local concentration of CO2 in aqueous electrolytes, in which more kinetically favorable reduction of protons to H2 often outcompetes CO2RR, eroding reaction selectivity. We developed a field-induced reagent concentration (FIRC) method to enhance the CO2RR process. Through shaping electrodes into arrays of nanoneedles, we generated a high local electric field even when using low applied overpotentials. The high field concentrates electrolyte cations, and the cations bring with these a high local concentration of CO2 to the active CO2RR surface. Simulations revealed that 10-fold higher electric fields can be achieved on nanometrically sharp tips compared to that of quasi-planar regions. Utilizing bottom-up synthesized gold nanoneedle electrodes, record-low onset potential and record-high geometric current density at the low potential of −0.35 V with nearly quantitative (>95%) Faradaic efficiency (FE) for CO2 reduction to CO conversion were achieved (1). This current density surpasses by an order of magnitude the performance of the best previously-reporeted gold nanorods, nanoparticles, and oxide-derived noble metal catalysts. The nanoneedle electrodes exhibited robust continuous reactions over 8 hours in an inorganic aqueous electrolyte. The FIRC concept has also be leveraged to build other metal nanoneedles and metal or metal sulfide covered gold nanoneedles. These electrodes exhibit much enhanced CO2to hydrocarbon conversion efficiencies, proving the wider application of the FIRC concept. References: (1) M. Liu, Y. Pang, B. Zhang, P. D. Luna, O. Voznyy, J. Xu, X. Zheng, C. T. Dinh, F. Fan, C. Cao, F. P. Arquer, T. S. Safaei, A. Mepham, A. Klinkova, E. Kumacheva, T. Filleter, D. Sinton, S. O. Kelley, E. H. Sargent, Nature, 2016, 537, 382.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,005 | 0,002 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».