第一作者：Tao Zhang, Bao Zhang, Yipeng Zang

通訊作者：范紅金, 李越

通訊郵箱：新加坡南洋理工大學、中科院合肥物質科學研究院/天津工業大學

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具有定制選擇性的金–銅（Au–Cu）基催化劑的大規模生產是一項復雜而具有挑戰性的任務。本文報道了一種基于金納米球種子的半親和策略，以實現具有連續調節界面（從二聚體、Janus、橡子狀Janus到核殼）的Au–Cu?Janus納米晶體的合成，強調了界面應變的作用。

通過精細調節Cu的氧化態和活性位點上的一氧化碳物種（?CO）覆蓋率/吸附構型，所提出的Au-Cu催化能夠在高電流密度下選擇性地生產甲醇（CH₃OH）、乙烯（C₂H₄）和乙醇（C₂H₅OH）。通過原位表面增強拉曼光譜（SERS）和理論計算揭示了反應路徑。

圖文導讀

圖1：異質結構生長模式的分析和可調性，包括Volmer-Weber（VW）、Frank-van der Merwe（FM）和半親和生長模式的示意圖，以及基于界面應變和接觸角的連續調節界面的示意圖。

圖2：Au-Cu異質結構的合成和表征，包括合成示意圖、Au納米球的低分辨率TEM圖像、Au-Cu異質結構的TEM、HAADF-STEM圖像。

圖3：Au-Cu異質結構中接觸區域的連續調節，以及在不同Au-Cu異質結構下局部電場分布的模擬。

圖4：不同催化劑的電子結構比較，包括UV-Vis-NIR光譜、Cu 2p XPS光譜。

圖5：1 M KOH水溶液中CO₂RR性能的測試結果，包括不同電化學催化劑上檢測到的產品的法拉第效率（FE）作為施加電池電壓的函數。

圖6:原位SERS分析和理論計算對CO₂RR機制的深入理解，包括在不同電流密度下Au-Cu_I、Au-Cu_II和Au-Cu_III的原位SERS光譜，以及密度態（DOS）分析。

總結展望

本研究通過半親和生長模式實現了Au-Cu異質結構的合成，這些結構從二聚體到核殼模式連續轉變。通過系統研究Au-Cu異質結構中空間分布的銅對CO₂RR選擇性的影響，實現了C₂₊產品80.0%的優化法拉第效率，以及466.1 mA cm^-2的部分電流密度。

通過調節Au-Cu異質結構的界面，可以切換特定產品的法拉第效率，例如可以將液體產品中72 %的甲醇（二聚體）、78%的乙醇（Janus）和氣體產品中63%的乙烯（橡子狀Janus）轉換為107、230和226mA cm^-2的局部電流密度。此外，通過原位SERS和DFT理論計算，研究了反應機制。本工作代表了在電催化CO₂RR選擇性開關方面的重要進展。

文獻信息

標題：A selectivity switch for CO₂ electroreduction by continuously tuned semi-coherent interface

期刊：Chem

DOI：10.1016/j.chempr.2024.04.009