第一作者：Huizhu Cai

通訊作者：楊恒攀，何傳新

通訊郵箱：深圳大學

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本文研究了離子液體對銅（Cu）基材料在CO₂電化學還原反應（CO₂RR）中的產物選擇性的影響。CO₂RR主要發生在三相界面，而界面性質直接影響CO₂RR的反應路徑。雖然Cu基材料能夠產生大量的醇類和烴類，但很難精確調控反應界面以獲得特定的目標產物。本研究通過離子液體（例如[Bmim][PF₆]）的引入，成功調控了Cu表面的界面性質，從而改變了CO₂RR的反應路徑。

實驗結果表明，Cu基催化劑的主要產物可以從C₂H₄（法拉第效率，FE為71.1%）轉換為CH₄（FE為67.2%）。這種通過簡單界面修飾就能根本性改變CO₂RR產物的選擇性，在以往的研究中很少見。本工作為調控電催化反應中的界面性質和理解反應機理提供了一種直接的方法。

圖文導讀

圖1：A-CuNWs和[Bmim][PF₆]@A-CuNWs的合成示意圖、掃描電鏡（SEM）圖像、CuNWs的尺寸、X射線衍射（XRD）圖譜。

圖2：在不同施加電位下A-CuNWs和[Bmim][PF₆]@A-CuNWs上C₂H₄和CH₄的法拉第效率（FE）、電流密度以及長時間電位測試和CH₄的FE。

圖3：A-CuNWs和[Bmim][PF₆]@A-CuNWs上CO₂RR的原位拉曼光譜，以及CO₂在A-CuNWs和[Bmim][PF₆]@A-CuNWs上電化學還原為C₂H₄和CH₄的簡化示意圖。

圖4：IL@Cu的電荷密度差、投影態密度（PDOS）圖以及在Cu和IL@Cu上CO₂電化學還原反應路徑的自由能曲線。

總結展望

本研究提出了一種簡單可行的策略，通過在Cu表面修飾離子液體來調控CO₂電化學還原中CH₄和C₂H₄之間的選擇性。活化的銅納米線具有高階梯狀表面，能夠增加反應界面周圍*CO中間體的局部濃度，有助于碳-碳鍵耦合過程。在A-CuNWs表面修飾[Bmim][PF₆]后，離子液體在捕獲關鍵中間體、降低反應界面上*CO的分布密度以及破壞C₂H₄生成的耦合過程中發揮了重要作用。

此外，[Bmim][PF₆]還可以促進*CO向*CHO的質子化，從而引導反應路徑向CH₄方向進行。因此，在離子液體參與下，活化的銅納米線上的主要產物可以輕松地在C₂H₄（71.1% FE）和CH₄（67.2% FE）之間切換。本研究探討了離子液體作為少量修飾劑在銅界面上的反應路徑上的作用，為電催化劑的設計和電催化界面的調控提供了理論指導。

文獻信息

標題：Ionic Liquid-Induced Product Switching in CO₂ Electroreduction on Copper Reaction Interface

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202404102