電化學(xué)CO2還原反應(yīng)(CO2RR)是一種減少CO2排放的有效策略。并且，銅基電催化劑可以有效地電催化CO2轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔锖鸵掖籍a(chǎn)品，但是保留活性高價(jià)CuOx仍然是一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
根據(jù)前人文獻(xiàn)報(bào)道，金屬-載體相互作用在反應(yīng)條件下能夠保留金屬物種的初始化學(xué)性質(zhì)，所以精確控制電催化劑-載體的相互作用以保持銅的化學(xué)狀態(tài)對(duì)于開發(fā)高效的CO2RR電催化劑非常重要。基于此，臺(tái)灣大學(xué)陳浩銘和臺(tái)灣同步輻射研究中心林彥谷等以以金屬氧化物為載體負(fù)載銅催化劑，來闡明電催化劑與載體之間的相互作用。具體而言，研究人員利用CdOx、ZnOx、MnOx、AlOx、TiOx和SiOx等各種金屬氧化物作為載體，通過獨(dú)特的脈沖電化學(xué)活化過程可以驅(qū)動(dòng)電催化劑普遍進(jìn)行結(jié)構(gòu)演變成豐富的Cuδ+O/Mδ+O(M=Lewis酸性載體)界面，其存在有效保留Cuδ+O物種的電催化劑?Lewis酸載體相互作用(ELASI)。其中，保留的Cuδ+O和產(chǎn)生的Cu0之間適當(dāng)ELASI對(duì)于驅(qū)動(dòng)C2+產(chǎn)物的C?C耦合是必要的，而強(qiáng)ELASI則會(huì)抑制Cu0的產(chǎn)生并導(dǎo)致促進(jìn)C2+生產(chǎn)的Cu0?Cu+對(duì)嚴(yán)重不足。因此，以ZnOx載體為例，活化后的Cu0.50Zn0.50Ox電催化劑在?0.9 VRHE下C2+的質(zhì)量活性是CuOx的兩倍，并且Cu在活性Cu0.50Zn0.50Ox中的氧化態(tài)高于CuOx，進(jìn)一步表明Cuδ+O/Znδ+O界面與C2+產(chǎn)物形成的強(qiáng)相關(guān)性。此外，分別以CO和CO2作為原料進(jìn)行電催化還原，Cu0.50Zn0.50Ox電催化劑在?0.5 VRHE下的C2+產(chǎn)物的法拉第效率分別為45%和8.7%，證明了C2+產(chǎn)物的增強(qiáng)歸因于Cu0.50Zn0.50Ox固有的強(qiáng)ELASI富集Cuδ+O/Znδ+O界面，而不是串聯(lián)催化效應(yīng)。綜上，這項(xiàng)工作所提到的ELASI為后續(xù)研究催化劑性質(zhì)-性能之間的關(guān)系提供了理論基礎(chǔ)，有助于未來設(shè)計(jì)出更優(yōu)越的CO2RR電催化劑。Lewis Acidic Support Boosts C–C Coupling in the Pulsed Electrochemical CO2 Reaction. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c00472
