电还原CO2（CO2RR）对于可持续燃料是一种有前途的策略。铜是唯一一种能够催化CO2转换为碳氢化合物的廉价金属，且显示出很高的法拉第效率。但是，在CO2RR期间其动态结构仍然未知。在这里，通过电化学扫描隧道显微镜和拉曼光谱原位追踪了铜的结构变化。出乎意料的是，多晶铜表面可重建形成铜纳米立方体，其尺寸大小的可以由极化电位和时间控制，此过程期间不需要有机表面活性剂和/或卤化物阴离子。如果铜表面被石墨烯单层覆盖，可以制备得更小的纳米立方体，具有更高的CO2RR活性。当Cu基催化剂暴露在侵蚀性电化学环境中时，石墨烯保护层软化致使3D形态变化，同时，能够跟踪其动力学粗化过程。这一新的策略有望提高Cu基催化剂的长期稳定性，为最终控制产品选择性提供了一个很好的平台。
 
 
Figure 1.（a-c）示意图和非原位AFM图像以及相应的高度分布图。（d）电位相关的产物分析。在CO2饱和的0.1 M KHCO3电解液中极化后，用气相色谱法和高性能液相色谱分析。
 
 
Figure 2.（a）g-Cu的STM成像的示意图，（b-i）一系列EC-STM图像，显示了在CO2饱和的0.1 M KHCO3溶液中发生CO2RR时，g-Cu表面的形态演变。（j）在重建过程中获得的g-Cu的原位拉曼光谱，表明天然CuxO还原为金属Cu的过程，以及存在石墨烯下g-Cu表面形成CuNC的过程。
 
  
Figure 3. （a-b）非原位STM图像，显示形成g-CuNC前后的情况。 偏压 = 0.1 mV，I = 10.5 nA。（c）初始g-Cu和g-CuNCs的非原位拉曼光谱。（d）原始g-Cu，g-CuNC和HOPG的经ECSA校正后的线性扫描伏安图。
  
        该研究工作由瑞士洛桑联邦理工学院Magalí Lingenfelder课题组于2021年发表在Nano Letters期刊上。原文：Emergence of Potential-Controlled Cu-Nanocuboids and GrapheneCovered Cu-Nanocuboids under Operando CO2 Electroreduction。

转自《石墨烯杂志》公众号