第一作者：Antonia Herzog

通訊作者：Arno Bergmann, Beatriz Roldan Cuenya

通訊單位：馬普所

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最近，脈沖CO₂電還原（CO₂RR）成為一種原位調節產物選擇性（特別是對乙醇）的簡便方法，無需重新設計催化系統。然而，深入的機理理解需要全面的operando時間分辨研究來確定電催化界面的動力學。作者通過使用亞秒時間分辨拉曼光譜（SERS）在脈沖CO₂RR過程中跟蹤預還原Cu₂O納米立方體（約?30 nm）的吸附物和催化劑狀態，羥基（OH_ad）和一氧化碳物種（CO_ad）對提高乙醇選擇性的關鍵作用。

研究表明，通過調整脈沖長度條件，可以優化Cu基催化劑的表面吸附物種，特別是OH和CO的共吸附，從而顯著影響CO的吸附動力學并提升乙醇的選擇性。本研究不僅為理解電催化界面的動態變化提供了深入的見解，而且為改進催化劑設計和操作條件提供了新思路。

圖文導讀

圖1：Cu₂O納米立方體（NCs）在不同還原條件下的掃描電子顯微鏡（SEM）圖譜，以及在脈沖CO₂RR過程中的SERS信號強度的時間演化。

圖2：SERS光譜和特征帶的脈沖長度相關演化

圖3：脈沖長度相關的選擇性和吸附物圖譜

圖4：選擇性變化與ΔOH_ad/CO_cov比值的相關性

圖5：脈沖CO₂RR過程中吸附物種和選擇性演化的示意圖

總結展望

本研究通過operando拉曼光譜技術，實時跟蹤了在脈沖CO₂RR過程中Cu基催化劑表面的吸附物種和催化劑狀態的變化。研究發現，通過控制脈沖長度，可以調節Cu表面OH和CO的共吸附，進而影響CO的吸附動力學和乙醇的選擇性。

研究結果強調了在CO₂RR條件下，表面羥基（OH_ad）位點對乙醇形成的重要性，并為未來在酸性條件下通過增加表面堿性位點來提高乙醇產率提供了可能的新策略。此外，本研究還證實了在脈沖式反應條件下，C-C耦合受到顯著阻礙，導致吸附的CO還原為甲烷。這些發現為設計新型催化劑和優化操作條件以提高CO₂電化學還原反應的選擇性提供了重要的指導。

文獻信息

標題：Operando Raman spectroscopy uncovers hydroxide and CO species enhance ethanol selectivity during pulsed CO₂ electroreduction

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48052-3