为CO₂而隔离的Cu站点的兴奋剂辅助重建向多碳产品的电还原

科学领域:

• 电化学 电化学 电化学
• 催化剂是一种催化剂.
• 材料科学 材料科学 材料科学

背景情况:

• 二氧化碳 (CO2) 电催化转化为多碳 (C2+) 化合物,为可再生能源储存和二氧化碳利用提供了一条可持续的途径.
• 单原子催化剂在减少二氧化碳方面表现有前景,但实现高价值的C2+产品选择性仍然具有挑战性.

研究的目的:

• 开发一种有效的战略,以提高使用单原子催化剂从二氧化碳生成多碳产品的效率.
• 调查兴奋剂在二氧化碳电还原铜基催化剂的结构演变和催化性能中的作用.

主要方法:

• 使用兴奋剂策略,诱导孤立的铜原子在现场重建成催化活性物种.
• 使用现场拉曼光谱来监测电解过程中的催化剂结构变化.
• 执行密度函数理论 (DFT) 计算,以阐明反应机制和的作用.

主要成果:

• 兴奋剂促进了铜纳米晶体的形成,其中含有丰富的稳定Cu+物种.
• 工程催化剂在CO2转化为多碳的过程中表现出极高的活性,其 C2+ 部分电流密度为 -2.01 A mg_per Cu^-1 和 C2+ 形成率为 7.03 mmol h^-1 mg_per Cu^-1 在 -1 V 和 RHE 时.
• 该研究表明,这类反应的铜利用率是报告中最高的.

结论:

• 兴奋剂是一种可行的策略,可以促进单原子催化剂的重建,从而提高二氧化碳电还原的性能.
• 重建的纳米晶体内的Cu+物种在促进选择性形成多碳产品方面发挥着关键作用.
• 这项工作为有效和可持续的二氧化碳转化催化剂设计提供了宝贵的见解.