​范科/孙立成Adv. Sci.：Cu2O-Zn高效电化学还原CO2为C2+产物

• 顶刊 • 阅读 88
​范科/孙立成Adv. Sci.：Cu2O-Zn高效电化学还原CO2为C2+产物
在电化学CO2还原（CO2RR）过程中，对催化剂表面重构的识别是探索和理解活性位点的必要条件。虽然Cu-Zn双金属位点对多碳（C2+）产物有优异性能，但其动态表面重构尚未完全了解。
基于此，大连理工大学范科副教授/西湖大学孙立成院士等人报道了利用掺杂锌（Zn）的Cu2O纳米八面体研究了浸出和再沉积对CO2RR动态稳定性的影响。重构的Cu2O-Zn催化剂在-1.1 V下C2+产物的法拉第效率（FE）为77%。此外，在Al掺杂Cu2O中也发现了类似的CO2RR的动态稳定性，证明了其在两性金属掺杂催化剂中的普遍性。
​范科/孙立成Adv. Sci.：Cu2O-Zn高效电化学还原CO2为C2+产物
DFT计算结果表明，基于不同的C-C偶联过程，有三种可能的反应机制，即OC-CO途径、OC-CHO途径和OHC-CHO途径。所有这些途径的第一步都涉及气相CO2分子的氢化，形成*COOH中间体，其中C原子位于不饱和Cu位点。然后，中间体被还原成H2O和a*CO中间体，后者留在Cu位点。在OC-CO途径中，第二个CO2分子随后在另一个不饱和Cu位点被还原为*CO，导致两个*CO中间体的形成。
最后，在这两个CO之间发生C-C偶联产生C2H4，而在Cu2O和Cu2O-Zn上，C-C耦合过程的反应自由能分别为1.94和1.93 eV，因此通过OC-CO途径不能生成C2H4。
​范科/孙立成Adv. Sci.：Cu2O-Zn高效电化学还原CO2为C2+产物
在OC-CHO和OHC-CHO途径中，*CO中间体进一步还原形成*CHO中间体。观察到*CO在Cu2O上的吸附能明显低于Cu2O-Zn，导致*CO在Cu2O上加氢以克服其稳定吸附需要更高的能量，导致在Cu2O上生成的*CHO的反应自由能为1.01 eV，高于在Cu2O-Zn上观察到的0.52 eV。
在Cu2O和Cu2O-Zn上，*CO和*CHO中间体之间的C-C偶联反应的自由能分别为0.18和0.31 eV，低于*CO加氢所需的自由能。因此，可以确定在Cu2O和Cu2O-Zn上OC-CHO途径的RDS都是*CO加氢到*CHO。总之，研究发现CO2还原为C2H4主要是通过OHC-CHO途径进行的。
​范科/孙立成Adv. Sci.：Cu2O-Zn高效电化学还原CO2为C2+产物
Dynamic Surface Reconstruction of Amphoteric Metal (Zn, Al) Doped Cu2O for Efficient Electrochemical CO2 Reduction to C2+ Products. Adv. Sci., 2023, DOI: 10.1002/advs.202303726.

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/01/f3c50eb1cf/

赞 (0)
0

相关推荐