利用可再生電力將CO2完全轉(zhuǎn)化為具有高附加值的化學(xué)物質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)人類碳中和目標(biāo)的有效手段。其中，乙醇(EtOH)作為CO2ER的典型C2產(chǎn)品之一，不僅應(yīng)用廣泛，而且能夠滿足長期、大規(guī)模的能量儲(chǔ)存和方便的運(yùn)輸，是一種重要的液體燃料。此外，無論在能量密度還是工業(yè)價(jià)值上，EtOH都明顯高于C1產(chǎn)品。
然而，由于CO2ER過程中的多電子、質(zhì)子反應(yīng)、競爭性析氫反應(yīng)(HER)的限制以及C?C偶聯(lián)不理想的熱力學(xué)能壘，催化劑的活性和EtOH的選擇性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于C1產(chǎn)物。
因此，迫切需要大幅度提高EtOH的法拉第效率(FE)和電流密度，使CO2還原生產(chǎn)EtOH的電化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝具有經(jīng)濟(jì)競爭力。
基于此，中國石油大學(xué)(華東)吳明鉑課題組以二維硒化亞銅(Cu2?xSe)為模型，研究了Cu?Cu的空間距離對提高乙醇選擇性和增強(qiáng)CO2ER催化活性的關(guān)鍵作用。
具體而言，研究人員制備了具有豐富硒空位的超薄2D Cu2?xSe，由于晶格應(yīng)力的存在，有效地縮短了在硒空位周圍Cu?Cu的空間距離(由4.16 ?縮短到2.51 ?)。
此外，硒空位引起的中等空間距離可以顯著降低非對稱*CO?*CHO耦合過程的吉布斯自由能，有效地改變局域電荷分布，降低銅原子的價(jià)態(tài)，進(jìn)而提高雙活性中心的電子給電能力。
因此，所制備的VSe-Cu2?xSe催化劑在?0.4到?1.6 V電壓范圍內(nèi)的EtOH法拉第效率都高于Cu2?xSe催化劑，并且其在?0.8 V的EtOH法拉第效率最高為68.1%。
此外，VSe-Cu2?xSe在?0.8 V下連續(xù)反應(yīng)6個(gè)小時(shí)后的EtOH法拉第效率維持原來的95%，并且其組分和結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化，表明VSe-Cu2?xSe對CO2ER轉(zhuǎn)化為EtOH具有良好的選擇性和穩(wěn)定性。
總的來說，該項(xiàng)工作為未來CO2ER催化劑的合理設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，為利用間距增強(qiáng)效應(yīng)促進(jìn)CO2電化學(xué)轉(zhuǎn)化為多碳產(chǎn)物提供了新的策略。
Efficient Electrocatalytic Reduction of CO2 to Ethanol Enhanced by Spacing Effect of Cu?Cu in Cu2?xSe Nanosheets. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202214946
