電化學(xué)CO2還原反應(yīng)(CO2RR)為生產(chǎn)高價(jià)值化學(xué)品、緩解氣候變化和化工業(yè)向可持續(xù)發(fā)展過渡提供了有前景的策略。在各種多相電催化劑中，銅(Cu)能以高速率生產(chǎn)多碳產(chǎn)物。以前研究的重點(diǎn)主要是為了提高Cu催化劑的活性和選擇性，它們在反應(yīng)條件下的穩(wěn)定性同樣重要，并已引起越來越多的注意。Cu催化劑在CO2RR過程中的重構(gòu)是一個(gè)廣為人知的現(xiàn)象，但由于Cu易被氧化，研究Cu的重構(gòu)在一定程度上具有挑戰(zhàn)性。最近，許多原位表征技術(shù)用于研究Cu催化劑的重構(gòu)。然而，一些潛在的原因和這種現(xiàn)象對(duì)催化劑穩(wěn)定性的影響仍然難以捉摸。
基于此，新加坡國立大學(xué)何遷、Pieremanuele Canepa、汪磊和新加坡科技研究局席識(shí)博等利用IL-TEM、CV等表征技術(shù)結(jié)合理論計(jì)算，研究了在CO2RR反應(yīng)條件下Cu納米粒子的結(jié)構(gòu)演變，證實(shí)存在堿-陽離子誘導(dǎo)的陰極腐蝕。這種在Cu中的腐蝕行為并不一定影響CO2RR的穩(wěn)定運(yùn)行，但是會(huì)限制形態(tài)控制的Cu預(yù)催化劑的選擇性和活性增強(qiáng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以合理地推測，在去除表面氧化物之后，一旦金屬Cu暴露于電解液中，這種腐蝕就會(huì)開始，盡管氧化物的厚度和因此而產(chǎn)生的時(shí)間可能因顆粒的不同而略有不同。原位XAFS結(jié)果表明，在典型的反應(yīng)條件下，15分鐘內(nèi)會(huì)除去氧化層，這與報(bào)道40nm Cu2O在10分鐘內(nèi)完成還原一致。由于這種腐蝕行為，納米Cu催化劑可能未發(fā)揮出全部潛力。此外，結(jié)果表明，在不引起堿性陽離子誘導(dǎo)陰極腐蝕的條件下，Cu納米立方體相對(duì)于Cu納米粒子具有穩(wěn)定的選擇性優(yōu)勢。總的來說，未來的研究還應(yīng)解決許多有關(guān)Cu陰極腐蝕的遺留問題，包括: 能否通過改變反應(yīng)條件來調(diào)節(jié)起始電位？是否有其他方法來控制甚至利用Cu的陰極腐蝕？Alkali cation-induced cathodic corrosion in Cu electrocatalysts. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-49492-7
