電催化二氧化碳還原（CO2RR）是緩解能源危機和解決溫室問題的有效方式，為實現(xiàn)碳中和以及可持續(xù)發(fā)展提供了一種有潛力的途徑。乙烯(C2H4)是世界上產(chǎn)量最大的化學(xué)產(chǎn)品之一，工業(yè)上主要通過高能耗的裂解反應(yīng)和精餾獲得。如果通過CO2RR高效的制備C2H4，對工業(yè)具有重要意義。在眾多催化劑中，Cu基催化劑可以選擇性地將CO2轉(zhuǎn)化為C2H4，但是傳統(tǒng)Cu催化劑通常選擇性較差。
清華大學(xué)王定勝、廣州醫(yī)科大學(xué)歐陽江和西安交通大學(xué)蘇亞瓊提出了一種原位分子修飾策略，涉及單寧酸(TA)分子自適應(yīng)調(diào)節(jié)Cu基材料的重構(gòu)，使其能促進CO2還原生成C2H4。
單寧酸銅 (CuTA) 是一種結(jié)構(gòu)明確的富含大量-OH的分子材料，但其在電催化尤其是 CO2RR 中的應(yīng)用鮮有報道。在本文中，表面TA修飾的金屬Cu（TA-Cu）是通過CuTA的原位電還原而設(shè)計的，這種原位表面修飾策略可能賦予Cu高催化活性。在-1.2 V電位下，TA-Cu對C2H4的選擇性達到了63.6%，電流密度為497.2mA cm-2，優(yōu)于目前報道的大多數(shù)催化劑。 重構(gòu)的TA-Cu催化劑具有Cu顆粒并含有大量的羥基物種，羥基修飾的Cu顆粒呈現(xiàn)出Cu-O物種。原位X射線吸收光譜和拉曼光譜證明了Cuδ+/Cu0能夠在CO2RR過程中保持穩(wěn)定。DFT計算表明自適應(yīng)Cuδ+/Cu0界面對降低C-C耦合的動能勢壘起著重要作用。TA分子可以通過氫鍵相互作用優(yōu)化*CO+*COH中間體的結(jié)合強度，促進*CO和*COH兩種中間體二聚化，進一步提高C2H4的選擇性。 該原位構(gòu)筑的Cu基催化劑具有適應(yīng)性和部分氧化的價態(tài)，可以避免活性位點堵塞和穩(wěn)定相關(guān)反應(yīng)中間體，進而保證高的活性和選擇性。這種分子工程調(diào)制的電子結(jié)構(gòu)為實現(xiàn)高選擇性電化學(xué)CO2還原為增值化學(xué)品提供了一種很有前途的策略。 論文信息 Selective CO2 Reduction to Ethylene Mediated by Adaptive Small-molecule Engineering of Copper-based Electrocatalysts Dr. Shenghua Chen, Dr. Chengliang Ye, Dr. Ziwei Wang, Dr. Peng Li, Dr. Wenjun Jiang, Dr. Zechao Zhuang, Dr. Jiexin Zhu, Dr. Xiaobo Zheng, Dr. Shahid Zaman, Dr. Honghui Ou, Lei Lv, Dr. Lin Tan, Dr. Yaqiong Su, Dr. Jiang Ouyang, Prof. Dingsheng Wang 文章的第一作者是西安交通大學(xué)的陳圣華研究員。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202315621
