【DFT+实验】Angew.：Cu-CN协同电解CO制取乙酸

CO的电化学还原反应（CORR）为在温和条件下直接从气态CO和水制备乙酸（CH₃COOH）提供了一种很有前途的方法。

基于此，中科院化学研究所韩布兴院士和陈春俊博士、电子科技大学夏川教授（共同通讯作者）等人报道了一种单负载催化剂，即石墨氮化碳（g-C3N4）负载的铜纳米颗粒（Cu-CN）。

所制备的最佳Cu NPs尺寸的单负载催化剂，其局部电流密度为188 mA cm^-2，乙酸法拉第效率（FE）值为62.8%。在多孔固体电解质（PSE）反应器中，采用Cu-CN催化剂直接电合成高纯度（超过90%）的乙酸，在100 mA cm^-2恒电流密度下，CO可以连续转化为FE含量为55.6%的乙酸，反应时间至少为120 h。

通过DFT算，作者研究了CORR中Cu NPs和Cu-CN对乙酸的性能差异。对于Cu-CN催化剂，作者选择了Cu基板作为模型，首先在构建的Cu(111)模型上寻找优选的耦合路径。

初始加氢步骤（*CO到*CHO，R2）的能垒从Cu(111)上的0.89 eV下降到Cu(111)/C₃N₄界面上的0.60 eV，表明g-C₃N₄存在时CO加氢加速。作者推测在g-C₃N₄周围水的解离加速，从而提供了足够的H进行CO加氢步骤。

不仅是*CHO的形成，加氢步骤（R4）也得益于界面附近g-C₃N₄的存在。对于关键分支步骤，*CHO加氢步骤（R4）的瞬态（TS）能垒为0.10 eV，低于Cu(111)/C₃N₄界面附近耦合步骤（R3，0.27 eV）。在Cu(111)/C₃N₄界面附近，*CHO的生成和甲烷的生成同时被促进。

Synergy of Cu/C₃N₄ Interface and Cu Nanoparticles Dual Catalytic Regions in Electrolysis of CO to Acetic Acid. Angew. Chem. Int. Ed., 2023.

原创文章，作者：计算搬砖工程师，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/03/28/32efcafae7/

【DFT+实验】Angew.：Cu-CN协同电解CO制取乙酸

相关推荐

发表回复