【DFT+实验】AEM：CuO-C60电催化CO2还原成C2+产物

在CO₂电催化还原过程中，构建Cu⁰-Cu⁺双活性位点对C-C偶联生成多碳（C₂₊）产物具有重要意义。然而，Cu基前驱体（Cu⁺等）很容易还原为Cu⁰，特别是在大电流密度下，因此开发一种简单的Cu⁺稳定方法来形成Cu⁰-Cu⁺双活性位点非常可取但具有挑战性。

基于此，天津大学张兵教授和赵博航博士（共同通讯作者）等人报道了利用富勒烯（C₆₀）作为稳定Cu+位点的电子缓冲剂，通过氧化铜和C60前驱体的复合材料得到了由原位形成的Cu⁰-Cu⁺双活性位组成的催化剂。

在366 mA cm⁻²的局部电流密度下，其提供高达61%的C₂₊产品法拉第效率（FE），在-1.4 V下Cu⁺位点具有良好的12 h耐久性。

通过DFT计算，作者分析了C₆₀与Cu⁰之间的电子转移。单个Cu模型中的Cu位点表现出Cu⁰的特征，CuO_x模型中的氧结合Cu位点表现出Cu⁺位点的电荷密度特征。对比单Cu和CuO_x中的Cu⁰和Cu⁺位点，Cu-C₆₀模型中C₆₀附近Cu位点的电荷密度体现了Cu⁺特征，验证了Cu⁰-Cu⁺双活性位点是通过缓冲作用形成。

此外，Cu⁰和C₆₀的电荷密度差和平面平均电子密度差表明，所获得的Cu⁺位点是由电子通过C₆₀和Cu的界面从Cu转移到C₆₀引起的。结果表明，C₆₀的电子缓冲作用可在还原条件下稳定Cu⁺位点。

通过原位ATR-FTIR光谱发现，随着反应时间的增加，CuO预催化剂上Cu⁺位点的肩峰逐渐减小，在-1.4 V施加电位约8 min时几乎消失。对于CuO-C₆₀，即使将频谱采集时间延长到5 h，也可以观察到Cu⁺的信号，实验证实了C₆₀的电子缓冲效应和Cu⁺在CuO-C₆₀上CO₂ER过程中形成Cu⁰-Cu⁺双活性位的稳定性。

C₆₀-Stabilized Cu⁺ Sites Boost Electrocatalytic Reduction of CO₂ to C₂₊ Products. Adv. Energy Mater., 2023.

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