電化學CO2還原反應(CO2RR)為生產(chǎn)高附加值的碳氫化合物和氧化物提供了一個可持續(xù)的方法。然而，活性中心在CO2RR電化學過程中的不可控遷移限制了其同時獲得高C2選擇性和穩(wěn)定性的催化能力。近日，中國科學技術大學熊宇杰和龍冉等報告了一個簡單而有效的合成策略，在合成的Cu-CuAlO2-Al2O3催化劑上通過界面CuAlO2物種來穩(wěn)定高活性中心。
根據(jù)CuAlO2的錨定效應，活性中心在電化學反應過程中不可控的遷移被抑制。性能測試結(jié)果表明，最優(yōu)的Cu-CuAlO2-Al2O3(Cu/Al=3:1)催化劑對電化學CO2RR轉(zhuǎn)化為C2產(chǎn)物的法拉第效率(FE)高達85.6%(FEC2H4>70%)，Cu-CuAlO2-Al2O3(Cu/Al=3:1)在-1.17 VRHE至-1.23 VRHE電壓范圍內(nèi)連續(xù)運行超過300 h，C2產(chǎn)物的法拉第效率超過85%(FEC2H4超過71%)，性能優(yōu)于已報道的大多數(shù)銅基催化劑。研究人員采用從頭算密度泛函分子動力學模擬，研究了在300 K和適當?shù)钠胶鈺r間下加入一個電子后Cu-CuAlO2-Al2O3的穩(wěn)定性:在Cu(100)、Cu(100)/CuAlO2(001)和重組Cu(411)/CuAlO2(001)模型中注入一個電子，完美地模擬了它們在電化學CO2RR過程中的結(jié)構(gòu)演變。結(jié)果表明，Cu(411)/CuAlO2(001)復合結(jié)構(gòu)中的Cu(100)表面比純Cu(100)表面和Cu(100)/CuAlO2(001)表面更穩(wěn)定，這與Cu-CuAlO2-Al2O3在電化學CO2RR下表現(xiàn)出良好穩(wěn)定性相一致，突出了構(gòu)建的界面CuAlO2物種的重要性?？偟膩碚f，這種簡單、高效的原位合成方法為設計和制備一種高選擇性、超耐用的大規(guī)模電化學CO2RR催化劑提供了技術參考。Identifying an Interfacial Stabilizer for Regeneration-Free 300 h Electrochemical CO2 Reduction to C2 Products. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c11109
