第一作者：Di Wang，Hyun Dong Jung
通訊作者：汪磊，何遷，Shibo Xi，Seoin Back通訊單位：新加坡國立大學(xué)，新加坡科技研究局，韓國西江大學(xué)理解電催化過程中催化劑結(jié)構(gòu)的演變，對于未來催化劑設(shè)計的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)/性能相關(guān)性至關(guān)重要。研究團(tuán)隊通過原位和非原位表征技術(shù)，探究了在電化學(xué)一氧化碳（CO）還原過程中Cu-Ag氧化物催化劑前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)演變。研究發(fā)現(xiàn)，均質(zhì)氧化物前驅(qū)體在轉(zhuǎn)化過程中形成了由非晶態(tài)Cu薄層包裹的小銀納米顆粒組成的雙金屬復(fù)合材料。這種非晶態(tài)Cu層由于其欠配位的特性，被認(rèn)為是提高當(dāng)前復(fù)合物催化劑催化性能的原因。通過調(diào)節(jié)氧化物前驅(qū)體中Cu/Ag的比例，發(fā)現(xiàn)提高Ag濃度大大促進(jìn)了液態(tài)產(chǎn)物的形成，同時抑制了副產(chǎn)物的生成。CO2/CO共供電解和同位素標(biāo)記實驗表明，進(jìn)料中高CO濃度有利于多碳產(chǎn)品的形成?？傊?，本研究對Cu-Ag雙金屬系統(tǒng)在CO電還原中的見解，有望指導(dǎo)未來具有改進(jìn)性能的催化劑設(shè)計。圖1：CuAg樣品在本文和參考文獻(xiàn)中的法拉第效率(FE)，XEDS元素映射的制備和反應(yīng)后Cu/Ag前驅(qū)體和催化劑，以及CuAg的相圖。圖2：通過SEM圖像展示制備的CuO (a-CuO) 和 Cu3Ag7 (a-Cu3Ag7) 前驅(qū)體以及反應(yīng)后的CuO和Cu3Ag7樣品的形態(tài)。圖3：CuO和CuAg樣品的XPS和Operando XAFS光譜。圖4：CuO和不同Cu/Ag比例的CuAg催化劑在200 mA cm-2的COR期間的氫氣、甲烷、乙烯、醋酸、乙醇和丙醇的FEs。圖5：不同進(jìn)料氣體比例下，Cu3Ag7和CuO催化劑上的氫氣、CO、乙烯、醋酸、乙醇和丙醇的生產(chǎn)速率。圖6：非晶態(tài)Cu(a-Cu)的DFT計算。本研究揭示了CuAg氧化物前驅(qū)體在電化學(xué)CO還原過程中的結(jié)構(gòu)演變，發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)化為由非晶態(tài)Cu薄層包裹的小Ag納米顆粒組成的雙金屬復(fù)合材料。這種結(jié)構(gòu)的演變顯著提高了催化劑對C2+產(chǎn)品的活性和選擇性，特別是液態(tài)產(chǎn)物，如乙醇。
實驗和理論計算結(jié)果表明，非晶態(tài)Cu層的欠配位特性是提高乙醇選擇性的關(guān)鍵因素。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在CO2/CO共電解條件下，高CO濃度有利于多碳產(chǎn)物的形成。這些發(fā)現(xiàn)不僅為理解催化劑在電化學(xué)CO2/CO還原過程中的動態(tài)結(jié)構(gòu)演變提供了見解，也為未來催化劑和催化系統(tǒng)的設(shè)計提供了指導(dǎo)。標(biāo)題：Revealing the structural evolution of CuAg composites during electrochemical carbon monoxide reductionDOI：10.1038/s41467-024-49158-4
