電催化二氧化碳還原反應(CO₂RR)生產化學原料是一種實現碳閉環的有效方法。影響電催化反應的因素有多種，包括催化電極結構、界面電場和化學環境。其中，反應界面局部微環境所涉及的化學環境負責動力學和熱力學催化過程，并且局部環境受到電流密度、擴散層厚度和電解液緩沖容量的嚴重影響。

在CO₂RR中，有報道稱局部OH^?的濃度對一些復雜中間體(如OC^**CO，O^*CCHO)和多碳化合物(C₂₊)選擇性的結合能有至關重要的影響。因此，合理設計特定的微環境以提高CO₂RR的活性具有重要意義，特別是在中性體系中能夠利用局部高OH^?濃度的優勢而不用依賴KOH。

近日，華東理工大學楊化桂和劉鵬飛等設計了一種單層MgAl-LDH來優化Cu的局部環境，以加速中性介質中工業電流密度的CO₂?C₂H₄電還原過程。

實驗結果表明，構建的MgAl-LDH/Cu電極在1.0 M KHCO₃溶液中表現出顯著的CO₂?C₂H₄轉化活性，在工業電流密度為300 mA cm^?2時，最大的C₂H₄法拉第效率為55.1%，超過了大多數報道的在中性條件下的銅基催化劑。此外，原位拉曼耦合原位FTIR表明，在外加偏壓下，MgAl-LDH/Cu界面在中性溶液比裸銅電極具有更高的局部pH值，這是由于其液體/固體界面水的快速分離和質子快速消耗導致局部OH^?積累。

通過理論計算，進一步驗證了MgAl-LDH在局部pH調整中的作用。水在MgAl-LDH上很容易解離，隨著MgAl-LDH被引入Cu催化劑表面，由水解離產生的增強pH將有助于CO₂RR轉化為C₂₊產物。動力學結果表明，水由于解離能壘較低，更傾向于在MgAl-LDH上發生分離。

此外，當MgAl-LDH引入銅催化劑，產生的OH^?濃度大約是銅催化劑的2000倍，這與上述實驗結果一致。總之，該項工作強調了無機改性在調節局部反應環境中的可能性，這為高效的CO₂RR電催化劑的合理設計提供了指導。

Tuning the Microenvironment in Monolayer MgAl Layered Double Hydroxide for CO₂-to-Ethylene Electrocatalysis in Neutral Media. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202217296