將CO2電化學(xué)還原(CO2RR)為CH4是實(shí)現(xiàn)對CO2進(jìn)行資源利用并且達(dá)到“碳中和”目標(biāo)的有效途徑之一。但是開發(fā)在合適電流密度下商業(yè)可用的高甲烷選擇性催化劑仍面臨巨大挑戰(zhàn)。
基于此，蘇州大學(xué)的彭揚(yáng)和鐘俊、澳大利亞阿德萊德大學(xué)的焦研和上海理工大學(xué)的韓昇等人報(bào)道了一種獨(dú)特的核殼納米結(jié)構(gòu)(Ag@Cu2O)的CO2RR催化劑，表現(xiàn)出高CH4選擇性。
作者將種子生長法和Ostwald熟化結(jié)合，合成類似于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的Ag@Cu2O納米催化劑(Ag@Cu2O-x NCs)，x表示Cu/Ag的摩爾比。Ag@Cu2O-x NCs的Cu2O殼層在CO2RR時(shí)會脫氧重構(gòu)成為多晶金屬Cu(OD-Cu)，但仍完整包裹住Ag核心。
催化劑上CO2RR有兩種途徑，一是CO2→*COOH→*CO→*CHO→CH4，另一種通過串聯(lián)機(jī)制，首先由Ag核產(chǎn)生CO，然后在OD-C殼上氫化。通過調(diào)節(jié)Cu2O的包裹尺寸等幾何參數(shù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)OD-Cu上的CO通量，進(jìn)一步調(diào)節(jié)表面*CO和*H的吸附，引導(dǎo)電催化CO2RR途徑。
對于最優(yōu)的催化劑Ag@Cu2O-6.4 NCs，較低的*CO覆蓋可以穩(wěn)定*CHO中間體，顯著提高了CH4的選擇性。其在-1.2 VRHE下的CH4FE為74±2%，局部電流密度為178±5 mA cm-2；在-1.3 VRHE下的CH4FE為72±3%，局部電流密度為214±9 mA cm-2。
Geometric modulation of local CO flux in Ag@Cu2O nanoreactors for steering the CO2RR pathway toward high-efficacy methane production. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202101741
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