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Chem. Catal.: Zn-Cu電催化劑中的雙金屬效應提升CO2還原制CO活性和選擇性

CO₂電還原制備合成氣是減少碳排放的一種極具前景的手段，合理設計催化劑以使目標產物選擇性和活性最大化對于CO₂電還原的工業化非常重要?；诜琴F金屬的雙金屬催化材料有望替代具有高活性的貴金屬催化劑，不過，關于非貴金屬催化劑中雙金屬效應提升CO₂電還原制CO本征活性的內在機制的報道較少。

對此，斯坦福大學Thomas F. Jaramillo、SLAC國家加速器實驗室Frank Abild-Pedersen、Christopher Hahn和加州理工學院John Gregoire等人報道了一種通過電鍍方法制備的高活性Zn-Cu電催化劑用于CO₂電還原制CO，研究發現雙金屬催化劑的本征活性源于Zn-Cu位點的電子效應，該電子效應在CO₂電還原過程中起到了穩定羧基中間體的作用。

電鍍過程生成了一種均勻混合的雙金屬催化劑，Zn-Cu（5s）樣品中Zn和Cu物種間存在較強的電子相互作用，相比于純Zn和純Cu樣品表現出獨特的電子特性。

圖1. Zn-Cu雙金屬表面物理表征

在-0.96 V的電極電勢下，Zn-Cu（5s）催化劑生成CO的法拉第效率高達97%，而純Zn樣品只有30%，矯正后的結果顯示Zn-Cu（5s）催化劑的活性是純Zn樣品的7倍以上，以上結果說明Zn-Cu雙金屬體系中Zn-Cu的協同作用提升了CO₂電還原活性。不僅如此，Zn-Cu（5s）催化CO生成的活性可以與貴金屬Au和Ag催化劑相媲美。

圖2. Zn-Cu（5s）雙金屬催化劑與純Zn和純Cu樣品的CO₂電還原活性比較

圖3. Zn-Cu（5s）雙金屬催化劑與Au箔和Ag箔樣品的CO₂電還原活性比較

Bimetallic Effects on Zn-Cu Electrocatalysts Enhance Activity and Selectivity for the Conversion of CO₂ to CO. Chem Catal. 2021. DOI: 10.1016/j.checat.2021.05.006.

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