電化學(xué)二氧化碳還原反應(yīng)(CO2RR)是一種將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)物的有前景的方法。在眾多CO2RR產(chǎn)物中，CO被廣泛用作工業(yè)過程的基本化學(xué)原料。雖然CO2-CO過程的熱力學(xué)過電位接近于零，但CO2RR過程中形成自由基離子CO2˙?中間體具有較大的過電位(?1.9 V)。此外，具有相似熱力學(xué)的競(jìng)爭(zhēng)性析氫反應(yīng)(HER)導(dǎo)致CO2RR轉(zhuǎn)化為CO的選擇性較低。因此，迫切需要設(shè)計(jì)和開發(fā)具有高活性和選擇性的有效電催化劑來降低CO2活化的反應(yīng)能壘和抑制競(jìng)爭(zhēng)性HER。
基于此，南京航空航天大學(xué)彭生杰課題組開發(fā)了一種獨(dú)特的Ag-ZnO/Ti3C2Tx催化劑，其中Ag-ZnO界面與MXene納米片化學(xué)耦合，實(shí)現(xiàn)了高效的CO2?CO轉(zhuǎn)化。具體而言，所制備的Ag-ZnO/Ti3C2Tx具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，包括Ti3C2Tx Mxene調(diào)控的Ag-ZnO界面、表面欠配位和介孔納米結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致催化劑具有高的內(nèi)在電催化活性和大量暴露的表面活性位點(diǎn)。與預(yù)期的一樣，Ag-ZnO/Ti3C2Tx顯示出較高的CO2RR性能，CO2轉(zhuǎn)化為CO的法拉第效率接近100%，并且在?0.87 V時(shí)CO的部分電流密度為22.59 mA cm?2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，在Mxene調(diào)控的Ag-ZnO界面中，Ag的給電子作用和d帶中心上移不僅調(diào)節(jié)了*COOH的結(jié)合強(qiáng)度，促進(jìn)CO的生成，還抑制了競(jìng)爭(zhēng)性HER，進(jìn)一步提高了CO2轉(zhuǎn)化為CO的選擇性。此外，Ag-ZnO/Ti3C2Tx表面的主要COL中間體能夠加速CO的快速解吸，導(dǎo)致高的CO部分電流密度。綜上，該項(xiàng)工作提出了一種合理的金屬-氧化物與MXene偶聯(lián)界面催化劑設(shè)計(jì)思路，為未來設(shè)計(jì)和開發(fā)具有獨(dú)特金屬-氧化物界面的CO2RR電催化劑提供了指導(dǎo)。MXene-Regulated Metal-Oxide Interfaces with Modified Intermediate Configurations Realizing Nearly 100% CO2 Electrocatalytic Conversion. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202304179
