A very basic pathway from CO 2 to ethylene Ethylene is an important commodity chemical for plastics. It is considered a tractable target for synthesizing renewably from carbon dioxide (CO 2 ). The challenge is that the performance of the copper electrocatalysts used for this conversion under the required basic reaction conditions suffers from the competing reaction of CO 2 with the base to form bicarbonate. Dinh et al. designed an electrode that tolerates the base by optimizing CO 2 diffusion to the catalytic sites (see the Perspective by Ager and Lapkin). This catalyst design delivers 70% efficiency for 150 hours. Science , this issue p. 783 ; see also p. 707

We report on the achievement of wafer-level photocatalytic overall water splitting on GaN nanowires grown by molecular beam epitaxy with the incorporation of Rh/Cr(2)O(3) core-shell nanostructures acting as cocatalysts, through which H(2) evolution is promoted by the noble metal core (Rh) while the water forming back reaction over Rh is effectively prevented by the Cr(2)O(3) shell O(2) diffusion barrier. The decomposition of pure water into H(2) and O(2) by GaN nanowires is confirmed to be a highly stable photocatalytic process, with the turnover number per unit time well exceeding the value of any previously reported GaN powder samples.

Solar water splitting for hydrogen generation can be a potential source of renewable energy for the future. Here we show that efficient and stable stoichiometric dissociation of water into hydrogen and oxygen can be achieved under visible light by eradicating the potential barrier on nonpolar surfaces of indium gallium nitride nanowires through controlled p-type dopant incorporation. An apparent quantum efficiency of ∼12.3% is achieved for overall neutral (pH∼7.0) water splitting under visible light illumination (400–475 nm). Moreover, using a double-band p-type gallium nitride/indium gallium nitride nanowire heterostructure, we show a solar-to-hydrogen conversion efficiency of ∼1.8% under concentrated sunlight. The dominant effect of near-surface band structure in transforming the photocatalytic performance is elucidated. The stability and efficiency of this recyclable, wafer-level nanoscale metal-nitride photocatalyst in neutral water demonstrates their potential use for large-scale solar-fuel conversion. Solar water splitting for hydrogen generation may be a future source of renewable energy. Here, the authors demonstrate that controlled p-type doping of metal-nitride nanowires can eradicate surface potential barriers and promotes stable stoichiometric dissociation of water under visible light.

This study assesses research and development needs for direct seawater electrolysis from energy, cost and environmental aspects and presents a forward-looking perspective on future R&D priorities in desalination and electrolysis technologies.

This analysis presents system level analysis of three stages along the transition towards sustainable synthesis of ammonia.

Abstract Electrochemical carbon dioxide reduction (CO 2 ) is a promising technology to use renewable electricity to convert CO 2 into valuable carbon‐based products. For commercial‐scale applications, however, the productivity and selectivity toward multi‐carbon products must be enhanced. A facile surface reconstruction approach that enables tuning of CO 2 ‐reduction selectivity toward C 2+ products on a copper‐chloride (CuCl)‐derived catalyst is reported here. Using a novel wet‐oxidation process, both the oxidation state and morphology of Cu surface are controlled, providing uniformity of the electrode morphology and abundant surface active sites. The Cu surface is partially oxidized to form an initial Cu (I) chloride layer which is subsequently converted to a Cu (I) oxide surface. High C 2+ selectivity on these catalysts are demonstrated in an H‐cell configuration, in which 73% Faradaic efficiency (FE) for C 2+ products is reached with 56% FE for ethylene (C 2 H 4 ) and overall current density of 17 mA cm ‐2 . Thereafter, the method into a flow‐cell configuration is translated, which allows operation in a highly alkaline medium for complete suppression of CH 4 production. A record C 2+ FE of ≈84% and a half‐cell power conversion efficiency of 50% at a partial current density of 336 mA cm ‐2 using the reconstructed Cu catalyst are reported.

Electrochemical reduction of CO2 is a compelling route to store renewable electricity in the form of carbon-based fuels. Efficient electrochemical reduction of CO2 requires catalysts that combine high activity, high selectivity, and low overpotential. Extensive surface reconstruction of metal catalysts under high productivity operating conditions (high current densities, reducing potentials, and variable pH) renders the realization of tailored catalysts that maximize the exposure of the most favorable facets, the number of active sites, and the oxidation state all the more challenging. Earth-abundant transition metals such as tin, bismuth, and lead have been proven stable and product-specific, but exhibit limited partial current densities. Here, a strategy that employs bismuth oxyhalides as a template from which 2D bismuth-based catalysts are derived is reported. The BiOBr-templated catalyst exhibits a preferential exposure of highly active Bi ( 11¯0 ) facets. Thereby, the CO2 reduction reaction selectivity is increased to over 90% Faradaic efficiency and simultaneously stable current densities of up to 200 mA cm-2 are achieved-more than a twofold increase in the production of the energy-storage liquid formic acid compared to previous best Bi catalysts.