電化學(xué)CO2還原反應(yīng)(CO2RR)為將CO2轉(zhuǎn)化為增值燃料和化學(xué)品提供了一條有前景的途徑。CO2RR在堿性電解質(zhì)中生產(chǎn)多碳(C2+)方面取得了巨大的進(jìn)展。然而，堿性CO2RR電解槽中容易發(fā)生碳酸鹽的形成和交叉。為了規(guī)避這個(gè)問(wèn)題，研究人員提出了一個(gè)涉及CO2轉(zhuǎn)化為CO和隨后電化學(xué)CO還原(CORR)的兩步法。CORR有利于C-C偶聯(lián)和C2+生成，以及在堿性條件下無(wú)碳酸鹽生成。此外，人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種催化劑來(lái)促進(jìn)C2+生產(chǎn)，但是效果并不理想。因此，目前迫切需要開(kāi)發(fā)高活性和選擇性的催化劑用于C2+的生產(chǎn)。
近日，新南威爾士大學(xué)趙川課題組采用芳香族雜環(huán)噻二唑衍生物(N2SN)對(duì)原子分散的Cu-Au合金表面進(jìn)行功能化處理，促進(jìn)CO向乙酸的轉(zhuǎn)化。原位光譜表征和理論計(jì)算表明，N2SN層由于其吸電子性能，改變了Cu的氧化狀態(tài)，促進(jìn)了Cu-Au合金表面*CO的富集；這有助于*CO發(fā)生二聚化形成C-C-O中間體，促進(jìn)CO轉(zhuǎn)化為乙酸。此外，引入N2SN分子能夠降低C-C偶聯(lián)的能壘，抑制析氫反應(yīng)，顯著提高CORR的活性和選擇性。性能測(cè)試結(jié)果顯示，N2SN修飾的CuAu1%(N2SN/CuAu1%)具有優(yōu)異的CORR性能，在堿性條件下和MEA中，其在400 mA cm-2時(shí)達(dá)到最佳的FE醋酸鹽(55%)，部分電流密度為219 mA cm-2。此外，通過(guò)將N2SN/CuAu1%陰極與IrOx偶聯(lián)，建立了全電池MEA電解槽。CORR分別在100、200和300 mA cm-2下進(jìn)行500、400和200分鐘CO電解，在反應(yīng)過(guò)程中C2+的法拉第效率得到了很好的保持。穩(wěn)定性操作后，N2SN/CuAu1%的結(jié)構(gòu)和形貌也得到保持，證實(shí)了其良好的穩(wěn)定性。綜上，該項(xiàng)工作證實(shí)有機(jī)分子在調(diào)節(jié)催化劑局部環(huán)境和反應(yīng)途徑以提高選擇性方面的重要作用，為今后高效催化劑的開(kāi)發(fā)提供了思路。Molecule doping of atomically dispersed Cu–Au alloy for enhancing electroreduction of CO to C2+ products. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202406281
