通過可再生電力驅(qū)動的電催化二氧化碳還原來制備高附加價值的化學品以及燃料逐漸受到人們的關注。然而，這一技術仍然受到轉(zhuǎn)化效率低、活性不足等因素而發(fā)展緩慢。
多倫多大學的Edward H. Sargent院士等人通過抑制*CO二聚和析氫反應來促進甲烷選擇性生成。作者認為，在低*CO覆蓋下，在Cu中引入Au有利于*CO質(zhì)子化，同時抑制了C?C偶聯(lián)，并削弱了表面*H吸附能，抑制競爭性反應HER。因此，作者合成了一系列的Au-Cu催化劑，通過調(diào)節(jié)CO2濃度和反應速率來控制*CO的可利用性。在112±4 mA cm?2下，其產(chǎn)甲烷的法拉第效率達56±2%。相關工作以《Gold-in-copper at low *CO coverage enables efficient electromethanation of CO2》為題在《Nature Communications》上發(fā)表論文。
值得注意的是，就在上周，加拿大多倫多大學Edward H. Sargent、Fengwang Li和David Sinton等人在Science發(fā)表文章CO2 electrolysis to multicarbon products in strong acid，實現(xiàn)了在強酸條件下的CO2還原為多碳產(chǎn)物，這是Sargent從2016年至今發(fā)表的第20篇Nature、Science正刊。
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圖2. 7%Au–Cu/PTFE催化劑的結(jié)構、組成分析
圖3. 7%Au-Cu催化劑在不同CO2濃度下的CO2RR性能
圖4. 在CO2濃度為84%下的CO2RR性能與現(xiàn)場原位XAS表征
綜上所述，本文研究表明，在高電流密度、CO2/N2共進氣下，在Cu中引入Au有力促進了*CO的質(zhì)子化作用，促進甲烷的生成，同時抑制競爭性HER。DFT結(jié)果表明，相對于C-C耦合，在Au – Cu表面覆蓋的*CO數(shù)量的減少更有利于*CO的質(zhì)子化；與Cu催化劑相比，Au-Cu催化劑可在稀釋的CO2進料氣下有效提高了甲烷選擇性，同時抑制HER。本文制備了一系列的Au-Cu催化劑，通過控制CO2濃度和電流密度來調(diào)節(jié)*CO的可利用性，其中甲烷與H2的選擇性比值最高可達2.7。因此，在高電流密度112±4 mA cm?2下，其產(chǎn)甲烷的法拉第效率達56±2%。這些發(fā)現(xiàn)表明，通過設計催化劑和調(diào)整局部*CO覆蓋范圍，可以實現(xiàn)高選擇性、高轉(zhuǎn)化率地將CO2電化學還原產(chǎn)甲烷。
Gold-in-copper at low *CO coverage enables efficient electromethanation of CO2,?DOI：10.1038/s41467-021-23699-4
https://www.nature.com/articles/s41467-021-23699-4
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