第一作者：Jie Du， Gong Zhang

通訊作者：鞏金龍，張鵬

通訊單位：天津大學

鞏金龍，教授/副校長，2010年起在天津大學化工學院任教授、博士生導師；教育部低碳能源化工國際合作聯合實驗室主任；國家自然科學基金創新研究群體負責人、國家杰出青年基金獲得者、教育部長江學者特聘教授、國家重點研發計劃項目（基礎前沿類）首席科學家。英國皇家化學學會（FRSC）、中國化工學會和中國化學會會士。

分別于2021年和2023年當選為歐洲科學院（Academia Europaea）和加拿大工程院外籍院士。獲國家自然科學獎二等獎（2019年，排名第一）、首屆科學探索獎（2019年）等（信息來源：http://chemeng.tju.edu.cn/m/szdw?type=detail&id=30）

張鵬，博士，2020.9 – 至今于天津大學化工學院任教授，主要圍繞功能納米材料設計與太陽能催化轉化開展研究。（信息來源：http://faculty.tju.edu.cn/pzhang/zh_CN/index.htm）

論文速覽

電化學CO₂還原反應（CO₂RR）生產高價值化學品和燃料是實現碳中和的一種有前途的策略。由于C-C耦合動力學緩慢，以及乙醇（C₂H₅OH）和乙烯（C₂H₄）產品共享相同的*HCCOH中間體，實現C₂H₅OH的高活性和選擇性生產仍然是一個挑戰。

研究團隊通過氣氛誘導的重構方法優化了鋅-銅雙金屬合金（Cu_xZn_y）催化劑的表面組成和配位結構，以促進C₂H₅OH的生產。特別是，在CO氣氛中處理的Cu_xZn_y合金催化劑（CO-Cu_xZn_y）富含低配位Cu位點，有利于*CO中間體的吸附，從而促進C₂H₅OH的產生。

在電流密度為300 mA cm^-2時，CO-Cu₈₄Zn₁₆實現了85.1%的C₂₊法拉第效率（FE）和59.5%的C₂H₅OH FE。原位光譜研究和密度泛函理論（DFT）計算表明，增強的*CO吸附促進了C-C耦合過程。同時，*HCCOH在CO-Cu₈₄Zn₁₆上的氫化更有利，從而抑制了C₂H₄途徑，增強了C₂H₅OH的生成。本研究提供了一種通過控制活性位點的表面配位環境來調節CO₂RR選擇性的高效策略。

圖文導讀

圖1：SEM、ICP-OES、EDS、XRD、STEM-EDS、HRTEM和XPS等技術對不同Zn比例的Cu_xZn_y合金催化劑進行了詳細表征。

圖2：所有催化劑在1 M KOH溶液中的CO₂RR性能。

圖3：CO-Cu₈₄Zn₁₆催化劑的催化性能和穩定性。

圖4：ATR-SEIRAS光譜、DFT計算研究CO₂RR過程中關鍵中間體的吸附行為。

總結展望

本研究成功開發了氣氛誘導表面重構策略，用于設計具有高選擇性的CO₂RR電催化劑。CO-Cu₈₄Zn₁₆催化劑在300 mA cm^-2的電流密度下實現了85.1%的C₂₊ FE和59.5%的C₂H₅OH FE，展示了優異的催化性能。

通過原位ATR-SEIRAS光譜和DFT計算，研究揭示了CO氣氛誘導的Cu_xZn_y表面Cu位點的形成，這些位點增強了*CO的結合，促進了C-C耦合過程，同時Zn與低配位Cu位點的協同作用破壞了*HCCOH的選擇性中間體，促進了C-O鍵的加氫，生成C₂H₅OH。本工作為優化Cu基雙金屬合金催化劑的表面位點以調節CO₂RR的選擇性提供了新思路。

文獻信息

標題：Electrochemical CO₂ Reduction to Ethanol on Zn-Coordinated Cu Sites Formed by Atmosphere-Induced Surface Reconstruction

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202410339