原子レベルで分離されたCdサイトがCO電気化学還元をC2+アルコールへアンペア級電流密度で促進

科学分野:

• 電気触媒
• 材料科学
• 持続可能な化学

背景:

• 電気化学的CO2還元反応（CORR）は、CO2を価値ある化学物質に変換するために重要です。
• C-CカップリングからC2+アルコールへの効率的な電極触媒の開発は、依然として大きな課題です。
• Cu系電極触媒は有望ですが、選択性と効率が低いことがよくあります。

研究 の 目的:

• Cu系モデル電極触媒を用いたCORRにおけるC-CカップリングからC2+アルコールへの反応機構を調査すること。
• CORR性能向上のためにCd単原子で修飾したCuナノシート（Cd-SACs@Cu NS）を設計・評価すること。
• C2+アルコールへの選択性を促進する単一Cd原子の役割を明らかにすること。

主な方法:

• Cd-SACs@Cu NSおよび未修飾Cu NS電極触媒の合理的な設計と合成。
• アルカリ条件下でのフローセルにおける電気化学的性能評価。
• 反応機構を研究するためのin situ特性評価技術および理論計算（DFT）。

主要な成果:

• Cd-SACs@Cu NSは、高電流密度（1100 mA cm-2）でC2+アルコールに対して大幅に強化されたファラデー効率（FE）（約70%）を示しました。
• 高いFE（>50%）は、広い電流密度範囲（100-2100 mA cm-2）でC2+アルコールに対して維持されました。
• 未修飾のCu NSは主にC-O結合開裂を介してC2H4を生成しました。

結論:

• Cu NS上の原子分散Cdサイトは、H2Oの解離とCOの吸着を改善し、C2+アルコール選択性を促進します。
• CdとCuの間の相乗効果は、水素のスピルオーバーと中間体のプロトン化を促進し、C2+アルコール生成に不可欠です。
• Cd-SACs@Cu NSは、CORRを介した選択的なC2+アルコール生成のための高効率電極触媒を表します。