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北大徐冰君团队Nat. Catal.:打破传统!揭示Cu电催化CO2RR中多个位点
来源: 时间:2023-09-11 14:37:47 浏览:1941次

第一作者:高文强、许义飞

通讯作者:徐冰君教授

通讯单位:北京大学

DOI: 10.1038/s41929-023-01002-6


01

研究背景

目前,铜(Cu)基材料是唯一能够选择性地将CO2还原为高附加值的多碳(C2+)产物的催化剂。传统认为Cu表面的CO2电化学还原反应是两个串联反应,即CO2还原成CO和CO还原生产C2+产物,但上述反应是否在Cu表面同一位点进行还不清楚。基于此,北京大学徐冰君教授团队发现CO2的存在促进了CO电化学还原反应,并且至少存在两种不同类型的Cu位点,其中一种铜位点(CuCO2)在CO2还原为CO的过程中更活跃,另一种铜位点(CuCO)是有利于CO进一步还原为C2+产物。其中,CO吸附在CuCO上形成C2+产物的活性至少是CuCO2上的6倍。


02

文章要点

1、通过共电解、光谱和同位素标记的结合证实,CO2对Cu的CO电化学还原反应具有促进作用。以13CO/12CO2混合物为原料进行反应性研究,确定产物的碳源,并通过原位表面增强红外吸收电镜(SEIRAS)探测吸附12CO和13CO的相对表面覆盖率。通过比较吸附CO和产物的同位素分布,发现至少有两种类型的Cu位点。

2、作者提出双位点模型,即CuCO2和CuCO,其中CuCO2利于CO2还原为CO,但不利于CO进一步转化生成C2+产物,而CuCO有利于CO进一步还原为C2+产物。

3、Cu(111)和Cu(100)表面的共电解实验表明,CuCO2和CuCO可能分别对应于Cu(111)的类Cu位点和缺陷位点。


03

图文展示

 

图1. CO/CO2共电解及原位光谱表征

 

图2. 13CO/12CO2(4:1)在Den-Cu上的共电解

 

图3. 13CO/12CO2共电解过程中乙烯同位素的分布

 

图4. 13CO/12CO2共电解过程中C2产物的拓扑分布

 

图5. 双位点模型及其预测

 

图6. 单晶Cu表面乙烯同位素物的分布

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全部 3小时前 四川
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