将二氧化碳选择性电还原为乙醇具有经济价值和环保意义。然而，由于 C-C 偶联的缓慢动力学和碳氢化合物生产的激烈竞争，二氧化碳还原为乙醇的活性和选择性仍然很低。在此，报告了一种由具有 Cu(111)-oriented 表面的 Cu 纳米片和 Ag 纳米颗粒组成的层状串联催化剂，它能有效地将选择性从碳氢化合物转移到乙醇。在层状铜/银串联催化剂上，乙醇的法拉第效率从裸铜（111）上的不到 30% 提高到 56.5 ± 2.6%，部分电流密度为 356.7 ± 9.5 mA cm^-2。原位拉曼光谱结果和密度泛函理论计算表明，乙醇的高选择性可归因于不对称 *CH2-CO 偶联机理，(111)面暴露的铜纳米片上选择性生成的 *CH₂ 物种和银催化剂提供的高局部 CO 浓度促进了这一机理。
 
Fig 1. 铜/银串联催化剂的表征。(a) 三种串联催化剂以及制备的铜催化剂和商用银催化剂的 XRD 图谱。(b) 层状铜/银串联催化剂的顶视扫描电镜图像。(c) 层状 Cu/Ag 串联催化剂的横截面 SEM 图像和 EDS 元素图谱图像（黄色、红色和绿色分别代表 Ag、Cu 和 C 元素）。比例尺：5 μm。
 
Fig 2. 裸银和铜催化剂的电化学研究。(a) 裸银催化剂上 CO 的 FE。裸铜催化剂上 (b) CO₂RR 和 (c) CORR 产物的 FE。(d) C₂₊ 产物（包括乙烯、乙醇、醋酸酯和丙醇）和 (e) 甲烷（以 CO/CO₂ 作为不同 CO 体积百分比（0、20 和 50%）的辅助原料气）的具体生产率。本研究中的所有应用电位均转换为可逆氢电极 (RHE) 标度，未进行 iR 校正。根据进入气相色谱仪前的出口流速计算气体的 FE 和生产率。
 
Fig 3. 串联催化剂的电化学性能。(a) 三种串联催化剂的结构示意图。在三电极流动池系统中，(b) 层状铜/银、(c) 层状银/铜和 (d) 混合铜/银串联催化剂上的产物电导率。(e) 乙醇的部分电流密度。(f) 在 -1.1 V 条件下评估的含氧化合物与碳氢化合物产物之比以及 C₂₊ 产物的 FEs 与 RHE 之比。(g) 商用铜微球（Comm-Cu）和 Comm-CuAg 串联电极的乙醇与乙烯之比。(h) 在全电池电压保持恒定为 3 V 的 MEA 系统中进行乙醇的电合成（在此电压下乙醇的 FE 最高）。
 
 
Fig 4. 机理研究。在 OCP 和不同电位下，(a) 裸铜和 (b) 层状铜/银串联催化剂的原位拉曼光谱，每种催化剂都有两个特定的放大视图，范围分别为 2600 至 3000 cm^-1和 1300 至 1700 cm^-1。在 H 型电池中，裸铜催化剂在 CO、CH₃I 和 CO/CH₃I 的电化学还原反应中 (c) 碳氢化合物（甲烷、乙烷和乙烯）和 (d) 含氧化合物（乙醇、醋酸和丙醇）的生产率。在 20 mA cm^-2 的恒定电流密度下进行了 20 min的电解实验。
 
     相关研究工作由中国科学院大连化物所Can Li课题组于2024年在线发表在《ACS Catal》期刊上，Selective Electrosynthesis of Ethanol via Asymmetric C–C Coupling in Tandem CO2 Reduction，原文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c01579
 
转自《石墨烯研究》公众号