西交大AEM：局域几何构型决定了碘化铜对电化学CO2还原的选择性

在二氧化碳电化学还原反应（eCO₂RR）中，高活性和高选择性地产生增值多碳（C₂₊）产物的电催化剂是碳中和技术实现和产业化的决定性因素。基于此，西安交通大学沈少华教授教授（通讯作者）等人通过铜箔的电化学/湿化学碘化和随后的原位电化学还原反应制备了两种碘化物衍生的铜（ID-Cu）电催化剂（E-ID-Cu和W-ID-Cu）。与电抛光铜（EP-Cu）相比，E-ID-Cu和W-ID-Cu都能产生高选择性的多碳（C₂₊）产物，这归因于它们具有高缺陷密度和高表面粗糙度的局域几何特征。

DFT计算结果表明，ID-Cu中的高缺陷密度和高表面粗糙度都可以通过提高d带中心来改善Cu位点的*CO吸附，从而促进C-C耦合进一步生成C₂₊产物。本文进一步研究了EP-Cu、E-ID-Cu和W-ID-Cu表面上eCO₂RR的反应路径，其中C₂₊路径的速率决定步骤（RDS）为*CO+*CO→*OCCO。E-ID-Cu (ΔG_f = 0.66 eV)和W-ID-Cu (ΔG_f = 0.49 eV)的RDS能垒比EP-Cu (ΔG_f = 0.83 eV)更低，表明C₂₊更容易在ID-Cu上生成，通过改变局域几何构型可以促进C-C偶联。

本文基于理论计算结果揭示了eCO₂RR反应机理的产物选择性。（1）对于具有低缺陷密度的EP-Cu，低覆盖率的*CO更倾向于加氢生成*CHO进一步生成CH₄；（2）对于具有高缺陷密度的E-ID-Cu，*CO更倾向于二聚生成C₂₊，较高的表面粗糙度（R_f = 10.34）将极大地抑制CH₄的选择性生成；（3）对于W-ID-Cu，极高的表面粗糙度（R_f = 88.34）可能导致CH₄的生成被完全抑制，高表面粗糙度将提供丰富的表面活性中心，从而产生C₂₊。

Localized Geometry Determined Selectivity of Iodide-Derived Copper for Electrochemical CO₂ Reduction. Adv. Energy Mater., 2023, DOI: 10.1002/aenm.202203896.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202203896.

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