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<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Kim,&#x20;Chansol</dcvalue>
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<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Hemenway,&#x20;Sydney</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Park,&#x20;Junho</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Zoraster,&#x20;Anya</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Kong,&#x20;Calton&#x20;J.</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Prabhakar,&#x20;Rajiv&#x20;Ramanujam</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Varley,&#x20;Joel&#x20;B.</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Jung,&#x20;Hee-Tae</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Hahn,&#x20;Christopher</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Ager,&#x20;Joel&#x20;W.</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="accessioned">2024-03-07T06:00:04Z</dcvalue>
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<dcvalue element="description" qualifier="abstract">Electrochemical&#x20;CO2&#x20;reduction&#x20;on&#x20;Cu&#x20;is&#x20;a&#x20;promising&#x20;approach&#x20;to&#x20;produce&#x20;value-added&#x20;chemicals&#x20;using&#x20;renewable&#x20;feedstocks,&#x20;yet&#x20;various&#x20;Cu&#x20;preparations&#x20;have&#x20;led&#x20;to&#x20;differences&#x20;in&#x20;activity&#x20;and&#x20;selectivity&#x20;toward&#x20;single&#x20;and&#x20;multicarbon&#x20;products.&#x20;Here,&#x20;we&#x20;find,&#x20;surprisingly,&#x20;that&#x20;the&#x20;effective&#x20;catalytic&#x20;activity&#x20;toward&#x20;ethylene&#x20;improves&#x20;when&#x20;there&#x20;is&#x20;a&#x20;larger&#x20;fraction&#x20;of&#x20;less&#x20;active&#x20;sites&#x20;acting&#x20;as&#x20;reservoirs&#x20;of&#x20;*CO&#x20;on&#x20;the&#x20;surface&#x20;of&#x20;Cu&#x20;nanoparticle&#x20;electrocatalysts.&#x20;In&#x20;an&#x20;adaptation&#x20;of&#x20;chemical&#x20;transient&#x20;kinetics&#x20;to&#x20;electrocatalysis,&#x20;we&#x20;measure&#x20;the&#x20;dynamic&#x20;response&#x20;of&#x20;a&#x20;gas&#x20;diffusion&#x20;electrode&#x20;(GDE)&#x20;cell&#x20;when&#x20;the&#x20;feed&#x20;gas&#x20;is&#x20;abruptly&#x20;switched&#x20;between&#x20;Ar&#x20;(inert)&#x20;and&#x20;CO.&#x20;When&#x20;switching&#x20;from&#x20;Ar&#x20;to&#x20;CO,&#x20;CO&#x20;reduction&#x20;(COR)&#x20;begins&#x20;promptly,&#x20;but&#x20;when&#x20;switching&#x20;from&#x20;CO&#x20;to&#x20;Ar,&#x20;COR&#x20;can&#x20;be&#x20;maintained&#x20;for&#x20;several&#x20;seconds&#x20;(delay&#x20;time)&#x20;despite&#x20;the&#x20;absence&#x20;of&#x20;the&#x20;CO&#x20;reactant&#x20;in&#x20;the&#x20;gas&#x20;phase.&#x20;A&#x20;three-site&#x20;microkinetic&#x20;model&#x20;captures&#x20;the&#x20;observed&#x20;dynamic&#x20;behavior&#x20;and&#x20;shows&#x20;that&#x20;Cu&#x20;catalysts&#x20;exhibiting&#x20;delay&#x20;times&#x20;have&#x20;a&#x20;less&#x20;active&#x20;*CO&#x20;reservoir&#x20;that&#x20;exhibits&#x20;fast&#x20;diffusion&#x20;to&#x20;active&#x20;sites.&#x20;The&#x20;observed&#x20;delay&#x20;times&#x20;and&#x20;the&#x20;estimated&#x20;*CO&#x20;reservoir&#x20;sizes&#x20;are&#x20;affected&#x20;by&#x20;catalyst&#x20;preparation,&#x20;applied&#x20;potential,&#x20;and&#x20;microenvironment&#x20;(electrolyte&#x20;cation&#x20;identity,&#x20;electrolyte&#x20;pH,&#x20;and&#x20;CO&#x20;partial&#x20;pressure).&#x20;Notably,&#x20;we&#x20;estimate&#x20;that&#x20;the&#x20;*CO&#x20;reservoir&#x20;surface&#x20;coverage&#x20;can&#x20;be&#x20;as&#x20;high&#x20;as&#x20;88&#x20;+&#x2F;-&#x20;7%&#x20;on&#x20;oxide-derived&#x20;Cu&#x20;(OD-Cu)&#x20;at&#x20;high&#x20;overpotentials&#x20;(-1.52&#x20;V&#x20;vs&#x20;SHE)&#x20;and&#x20;this&#x20;increases&#x20;in&#x20;reservoir&#x20;coverage&#x20;coincide&#x20;with&#x20;increased&#x20;turnover&#x20;frequencies&#x20;to&#x20;ethylene.&#x20;We&#x20;also&#x20;estimate&#x20;that&#x20;*CO&#x20;can&#x20;travel&#x20;substantial&#x20;distances&#x20;(up&#x20;to&#x20;10s&#x20;of&#x20;nm)&#x20;prior&#x20;to&#x20;desorption&#x20;or&#x20;reaction.&#x20;It&#x20;appears&#x20;that&#x20;active&#x20;C-C&#x20;coupling&#x20;sites&#x20;by&#x20;themselves&#x20;do&#x20;not&#x20;control&#x20;selectivity&#x20;to&#x20;C2+&#x20;products&#x20;in&#x20;electrochemical&#x20;COR;&#x20;the&#x20;supply&#x20;of&#x20;CO&#x20;to&#x20;those&#x20;sites&#x20;is&#x20;also&#x20;a&#x20;crucial&#x20;factor.&#x20;More&#x20;generally,&#x20;the&#x20;overall&#x20;activity&#x20;of&#x20;Cu&#x20;electrocatalysts&#x20;cannot&#x20;be&#x20;approximated&#x20;from&#x20;linear&#x20;combinations&#x20;of&#x20;individual&#x20;site&#x20;activities.&#x20;Future&#x20;designs&#x20;must&#x20;consider&#x20;the&#x20;diversity&#x20;of&#x20;the&#x20;catalyst&#x20;network&#x20;and&#x20;account&#x20;for&#x20;intersite&#x20;transportation&#x20;pathways.</dcvalue>
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<dcvalue element="publisher" qualifier="none">American&#x20;Chemical&#x20;Society</dcvalue>
<dcvalue element="title" qualifier="none">Importance&#x20;of&#x20;Site&#x20;Diversity&#x20;and&#x20;Connectivity&#x20;in&#x20;Electrochemical&#x20;CO&#x20;Reduction&#x20;on&#x20;Cu</dcvalue>
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