Nickel–Gallium-katalysierte elektrochemische Reduktion von CO₂ zu hochreduzierten Produkten bei niedrigen Übetragungsüberspannungen

Wir berichten über die elektrokatalytische Reduktion von CO₂ zu den hochreduzierten C₂-Produkten Ethylen und Ethan sowie zu dem vollständig reduzierten C₁-Produkt Methan auf drei verschiedenen Phasen von Nickel-Gallium (NiGa, Ni₃Ga und Ni₅Ga₃) Filmen, die durch Tropfenbeschichtung hergestellt wurden. In wässrigen Bicarbonatelektrolyten bei neutralem pH wurde festgestellt, dass das Anfangspotential für die Produktion von Methan, Ethylen und Ethan auf allen drei Phasen bei −0,48 V gegenüber der reversiblen Wasserstoffelektrode (RHE) lag, was eines der niedrigsten Anfangspotentiale ist, die bisher für die Produktion von C₂-Produkten aus CO₂ berichtet wurden. Ähnliche Produktverteilungen und Anfangspotentiale wurden für alle drei getesteten Nickel-Gallium-Stöchiometrien beobachtet. Das Anfangspotential für die Reduktion von CO₂ zu C₂-Produkten bei niedrigen Stromdichten, katalysiert von Nickel-Gallium, war um >250 mV positiver als das von polykristallinem Kupfer und ungefähr gleich dem von Einkristallen von Kupfer, die einige der niedrigsten Überspannungen für die Reduktion von CO₂ zu C₂-Produkten und Methan aufweisen. Die Nickel-Gallium-Filme reduzierten auch CO zu Ethylen, Ethan und Methan, was mit einem Reduktionsmechanismus von CO₂ übereinstimmt, der zunächst die Reduktion von CO₂ zu CO umfasst. Isotopische Markierungsexperimente mit ^(13) CO₂ bestätigten, dass die detektierten Produkte ausschließlich durch die Reduktion von CO₂ produziert wurden.