厦门大学化学化工学院李军：电催化还原一氧化碳示意图

【研究背景】

当前，化石燃料消耗和二氧化碳排放不断增加，引发了严重的能源危机和环境污染问题。 通过电催化CO2或CO还原生产高附加值化学品受到广泛关注。 乙醇作为一种清洁、高附加值的化学品，已广泛应用于生产和生活中。 通过电催化CO生产乙醇不仅可以避免二次污染，还可以适当缓解环境污染，因此受到越来越多的关注。 尽管电催化CO还原生产乙醇已取得一定进展，但乙醇生产的法拉第效率和相应的电流密度仍需进一步提高。

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【文章介绍】

近日，厦门大学化学化工学院李军教授和彭莉副教授在国际知名期刊上发表了题为“A Cu/Cu2O Sheet for of CO to”的研究论文。 本文主要研究了催化剂表面界面性质以及Cu+对CO还原生产乙醇的影响。

图1 疏水性铜/氧化亚铜催化剂还原一氧化碳的设计示意图【本文要点】

要点1：水热合成Cu2O包裹的铜片

如图2和图3所示，与传统的铜/氧化亚铜催化剂不同，本研究中的Cu三角形片被Cu2O包裹。 表面的Cu2O暴露于(111)晶面，且Cu2O表面经过正丁胺改性。 （图1和图3），创造了合适的疏水微环境，降低了电极对水的亲和力乙醇的催化氧化，稳定了催化剂，同时促进了CO在电极表面的扩散，提高了表面CO的局部浓度。

v图2. Cu/Cu2O-A的扫描和透射电子显微镜图像

图 3. Cu/Cu2O-A 的表征

图 4 Cu/Cu2O-A 电催化还原 CO 的效果

图5 铜基催化剂各产品的法拉第效率

要点2：Cu/Cu2O-X催化剂电催化还原CO性能（X=S、A、H）

如图4和图5所示，在-0.7 V vs. RHE电位下，Cu/Cu2O-A电催化CO还原生成的C2+产物的法拉第效率达到93.5%，其分电流密度为151 mA cm- 2. 乙醇的法拉第效率为68.8%，分电流密度为111 mA cm-2，可稳定工作100小时。 与Cu/Cu2O-A相比，疏水性过高或过低都会导致催化剂选择性发生较大变化。 由于其较高的疏水性，Cu/Cu2O-S导致乙烯的法拉第效率提高至46%，而乙醇的法拉第效率低至8.3%，C2+产品的法拉第效率下降至69.1%。 较低的疏水性导致Cu/Cu2O-H与水有更好的亲和力，但其稳定性大大降低。 其C2+产品的法拉第效率仅为65.4%，其中乙醇的法拉第效率下降至37.6%。 可见，适当的疏水性对于提高C2+产物的法拉第效率和乙醇的选择性尤为重要。

第三点：Cu2O对催化剂表面的作用

在强调疏水性的作用后，作者采用同样的方法合成了表面不含Cu2O的Cu(Cu-丁基-A)，并通过对比实验验证了表面Cu2O的作用。 如图5b-d所示，Cu-丁基-A电催化还原CO得到的C2+产物的法拉第效率为84.9%，略低于Cu/Cu2O-A。 乙醇的法拉第效率为47.7%。 这些结果表明，在电催化还原CO过程中，Cu片表面的Cu+对于提高C2+产物，特别是乙醇的选择性起着重要作用。密度泛函理论计算（DFT）还表明，Cu片的（111）晶面Cu2O有利于提高乙醇的选择性。

第四点：展望未来

综上所述，通过水热合成片状Cu/Cu2O-A催化剂，Cu2O暴露的(111)晶面以及Cu2O表面附着的正丁胺使其具有优异的C2+产物选择性和良好的稳定性。 ，更高的电流密度。 附着的正丁胺可以稳定Cu+，同时可以很好地降低催化剂与水的亲和力，促进CO的扩散，增加电极表面CO的局部浓度，为CO的还原提供了可能的解决方案。有效还原CO制备乙醇。 该方案也可为后续催化剂的设计提供参考。

[文章链接]

用于 CO 的 Cu/Cu2O 片

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【通讯作者简介】

李军教授简介：厦门大学化学化工学院教授、博士生导师。 主要从事超临界流体绿色化学过程的基础和应用研究，利用超临界流体干预材料/化学品的合成与分离、反应与分离耦合的过程增强等，涉及定量计算、分子模拟、开发了多套中试工艺设备/小型工业生产线，在Nat. .，化学。 工程师。 J.等，已获授权国际及国家发明专利约50项。 现任中国化学会兼职理事、福建省化学会副理事长，《厦门大学学报（自然科学版）》、《化学工程进展》等期刊编委，和“过程工程杂志”。 曾获厦门市优秀教师奖、宝钢优秀教师奖。

李鹏副教授简介：厦门大学化学化工学院副教授，特约研究员，博士生导师。 2019年加盟厦门大学，并入选南强青年拔尖人才支持计划。 主要研究方向为超临界流体应用、多孔材料绿色可控制备、CO2转化与利用。 在Angew等期刊发表论文50余篇。 化学。 国际。 编辑，J. Am。 化学。 获理学学士、自然科学奖等，并荣获“中国科学院优秀博士论文”、“北京市优秀毕业生”、“唐敖庆化学奖”、“朱李跃华优秀博士生”、“曾获“中国科学院优秀毕业生”、“中国科学院大学院长优秀奖”等奖项。