电化学CO2还原反应(CO2RR)为生产高附加值的碳氢化合物和氧化物提供了一个可持续的方法。然而，活性中心在CO2RR电化学过程中的不可控迁移限制了其同时获得高C2选择性和稳定性的催化能力。近日，中国科学技术大学熊宇杰和龙冉等报告了一个简单而有效的合成策略，在合成的Cu-CuAlO2-Al2O3催化剂上通过界面CuAlO2物种来稳定高活性中心。
根据CuAlO2的锚定效应，活性中心在电化学反应过程中不可控的迁移被抑制。性能测试结果表明，最优的Cu-CuAlO2-Al2O3(Cu/Al=3:1)催化剂对电化学CO2RR转化为C2产物的法拉第效率(FE)高达85.6%(FEC2H4>70%)，Cu-CuAlO2-Al2O3(Cu/Al=3:1)在-1.17 VRHE至-1.23 VRHE电压范围内连续运行超过300 h，C2产物的法拉第效率超过85%(FEC2H4超过71%)，性能优于已报道的大多数铜基催化剂。研究人员采用从头算密度泛函分子动力学模拟，研究了在300 K和适当的平衡时间下加入一个电子后Cu-CuAlO2-Al2O3的稳定性:在Cu(100)、Cu(100)/CuAlO2(001)和重组Cu(411)/CuAlO2(001)模型中注入一个电子，完美地模拟了它们在电化学CO2RR过程中的结构演变。结果表明，Cu(411)/CuAlO2(001)复合结构中的Cu(100)表面比纯Cu(100)表面和Cu(100)/CuAlO2(001)表面更稳定，这与Cu-CuAlO2-Al2O3在电化学CO2RR下表现出良好稳定性相一致，突出了构建的界面CuAlO2物种的重要性。总的来说，这种简单、高效的原位合成方法为设计和制备一种高选择性、超耐用的大规模电化学CO2RR催化剂提供了技术参考。Identifying an Interfacial Stabilizer for Regeneration-Free 300 h Electrochemical CO2 Reduction to C2 Products. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c11109
