CO2的電化學(xué)還原反應(yīng)(CO2RR)是緩解化石能源消耗與減輕溫室氣體排放的有效途徑?？紤]到乙烯和乙醇等C2+產(chǎn)物在化工和能源工業(yè)中的不同應(yīng)用，人們一直在不斷努力開發(fā)有效的催化劑以實現(xiàn)高選擇性電催化CO2轉(zhuǎn)化為C2+產(chǎn)物。然而，考慮到C2+產(chǎn)物的選擇性涉及線性CO2分子的激活，以及C1中間體(如*CO、*CHO和*COH)的耦合(C?C耦合)，C2+產(chǎn)物的選擇性形成仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
最近，SAA催化劑已被證明能夠選擇性電催化CO2還原為C1產(chǎn)物，如CO或甲酸酯。根據(jù)理論預(yù)測，SAA催化劑對選擇性電催化CO2轉(zhuǎn)化為C2+產(chǎn)物是有效的，但尚未得到實驗證實。基于此，中科院大連化物所章福祥課題組報道了一種單原子Bi修飾的Cu合金(BiCu-SAA)電催化劑，用于選擇性電還原CO2為C2+產(chǎn)物。具體而言，BiCu SAA催化劑具有顯著增強的CO2-C2+產(chǎn)物選擇性(超過70%)，電流密度為400 mAcm?2，并表現(xiàn)出更高的C2+與C1產(chǎn)物比例。此外，以BiCu-SAA組裝的流動池在400 mAcm?2電流密度下能夠持續(xù)運行10小時以上，表明該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。同時，與BiCu-SAA催化劑相比，純Cu催化劑不利于C?C耦合，并表現(xiàn)出較差的抑制競爭性析H2能力和C2+產(chǎn)物選擇性，表明只有單原子Bi修飾的Cu(即BiCu-SAA)對C?C偶聯(lián)和抑制H2/C1產(chǎn)物具有高活性，從而增強了C2+的選擇性。實驗結(jié)果和理論計算表明，不同于大多數(shù)串聯(lián)催化劑，BiCu-SAA催化劑主要通過調(diào)制金屬Cu納米粒子的電子結(jié)構(gòu)降低CO2吸附/激活能壘，促進(jìn)其反應(yīng)中間體的高效C?C耦合，并抑制了競爭性析氫反應(yīng)?？偟膩碚f，該項工作將SAA的應(yīng)用領(lǐng)域擴展到在電催化CO2RR過程中調(diào)節(jié)主要活性結(jié)構(gòu)以促進(jìn)對C2+產(chǎn)物的選擇性，這為設(shè)計和開發(fā)更多的多相催化劑用于催化CO2轉(zhuǎn)化為長鏈化合物提供了范例。Single Atom Bi Decorated Copper Alloy Enables C-C Coupling for Electrocatalytic Reduction of CO2 into C2+ Products. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202303048
