中科院化学所JACS：Cu@AIL助力CO2的深度还原

利用可再生能源将CO₂电化学还原为多碳（C₂₊）产物是实现可持续能源储存和碳中和的重要途径，但是在安培级电流密度下实现高C₂₊产物品法拉第效率（FE）还是一个挑战。基于此，中国科学院化学研究所张建玲研究员等人报道了一种碱性离子液体固定在铜上（Cu@AIL），以促进CO₂的深度还原。采用该策略，在电流密度为0.9 A·cm^-2时，C₂₊ FE为81.4%，在-0.76 V下，半电池能量转换效率为47.4%。特别是当电流密度高达1.8 A·cm^-2时，在-1.31 V下，C₂₊ FE达到71.6%。

通过DFT计算，作者研究了CO₂RR在Cu@AIL上生成C₂₊产物的反应机理。计算得出Cu@AIL和Cu上的CO₂吸附能分别为-1.09和-0.72 eV，表明Cu@AIL对CO₂的吸附能力大大提高。同时，作者计算了Cu@AIL上CO₂RR和纯Cu生成C₂₊产物的吉布斯自由能（ΔG）。

首先，CO₂在Cu和Cu@AIL上的吸附ΔG值分别为-1.06 eV和-1.43 eV，说明Cu@AIL对CO₂的吸附强于Cu。对于Cu@AIL和Cu，*CO₂转化为*COOH转化的ΔG值分别为-0.20和0.15 eV，表明*CO₂在Cu@AIL表面更容易被激活。*CO二聚成*OCCO被认为是形成C₂₊产物的关键步骤。

对于Cu@AIL，*CO二聚成*OCCO的反应势垒为1.28 eV，低于Cu的1.80 eV，证实了AIL的存在有利于形成C₂₊产物的*CO二聚化过程。此外，作者还计算了CO₂在Cu和Cu@AIL上的扩散系数，其中Cu@AIL的CO₂扩散系数为4.38×10^-8 m²·s^-1，高于纯Cu的1.26×10^-8 m²·s^-1，说明Cu表面AIL的存在可以加速CO₂的扩散，促进CO₂RR生成C₂₊产物。

Alkaline Ionic Liquid Microphase Promotes Deep Reduction of CO₂ on Copper. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c06860.

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