CO2電解制高值多碳(C2+)燃料和化學(xué)品是一種提高可再生能源消納水平和實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)利用的負(fù)碳技術(shù)。當(dāng)前堿性CO2電解面臨的碳損失問題可以通過串聯(lián)催化路線解決：先利用固體氧化物或酸性CO2電解制CO，再利用堿性CO電解制C2+產(chǎn)物。目前CO電解已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高電流密度和高C2+選擇性，但在高電流密度下乙烯、乙醇、乙酸等單一C2+產(chǎn)物選擇性依然較低。
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所汪國雄研究員和高敦峰研究員團(tuán)隊(duì)提出了高選擇性CO電解制乙酸的新策略。利用分子催化劑的原位電化學(xué)重構(gòu)，構(gòu)建出金屬(銅)-有機(jī)界面，誘導(dǎo)形成有利于乙酸路徑的反應(yīng)微環(huán)境，從而顯著提高了乙酸選擇性。在堿性膜電解器中，酞菁銅(CuPc)電極上500 mA cm-2時(shí)乙酸法拉第效率和碳選擇性分別達(dá)到84.2%和92.1%；乙酸分電流密度最高達(dá)到605 mA cm-2，對(duì)應(yīng)乙酸生成速率為0.38 mmol min-1，乙酸收率為63.4%。該工作報(bào)道的CO電解制乙酸性能為目前文獻(xiàn)最高水平。
控制實(shí)驗(yàn)中將重構(gòu)后的有機(jī)配體除去后，在相同實(shí)驗(yàn)條件下C2+和乙酸的法拉第效率顯著降低，表明有機(jī)配體對(duì)CO電解選擇性的重要調(diào)控作用。此外，利用另外兩種與CuPc具有相似結(jié)構(gòu)的Cu配合物(CuTPP, CuDMP)構(gòu)建的銅-有機(jī)界面同樣可以實(shí)現(xiàn)高效CO電解制乙酸，表明銅-有機(jī)界面在調(diào)控乙酸選擇性上具有一定的普適性。 電化學(xué)工況拉曼光譜測(cè)試結(jié)果表明，有機(jī)配體的存在促進(jìn)了CO在銅表面吸附，這與密度泛函理論計(jì)算CO吸附結(jié)果一致。進(jìn)一步的反應(yīng)路徑分析表明，銅-有機(jī)界面降低了C?C偶聯(lián)能壘，促進(jìn)了乙酸相對(duì)于乙烯等其他C2產(chǎn)物的形成。 該項(xiàng)研究工作表明了金屬-有機(jī)界面在調(diào)控反應(yīng)微環(huán)境和CO2/CO電解產(chǎn)物選擇性方面的獨(dú)特作用。深入研究和理解催化活性位點(diǎn)、有機(jī)配體和C2反應(yīng)中間物種三者之間的復(fù)雜相互作用，有望實(shí)現(xiàn)高活性、高選擇性CO2/CO電解制其它單一C2+產(chǎn)物。 論文信息 Directing the Selectivity of CO Electrolysis to Acetate by Constructing Metal-Organic Interfaces Youwen Rong, Dr. Tianfu Liu, Jiaqi Sang, Dr. Rongtan Li, Dr. Pengfei Wei, Dr. Hefei Li, Dr. Aiyi Dong, Prof.?Dr. Li Che, Prof.?Dr. Qiang Fu, Prof.?Dr. Dunfeng Gao, Prof.?Dr. Guoxiong Wang 文章的第一作者是碩士研究生榮佑文（實(shí)驗(yàn)）和助理研究員劉天夫（計(jì)算），通訊作者是高敦峰研究員。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202309893
