韩布兴院士/朱庆宫Chem. Sci.：Cu气凝胶实现高效CO2电解制C2+醇

为实现CO₂电化学还原为C₂₊醇的工业化，需进一步提高选择性和产率。其中，构建具有良好局部环境的可控表面位点是引导C₂₊途径的有效方法。基于此，中科院化学研究所韩布兴院士和朱庆宫研究员（共同通讯作者）等人报道了一种室温一步合成策略，以制备高度稳定的Cu气凝胶作为有效的CO₂还原电催化剂。通过使用弱还原剂（NH₃·BH₃）还原Cu²⁺得到的Cu气凝胶，C₂₊产物的法拉第效率（FE）达到了85.8%，其中C₂₊醇的选择性为49.7%，局部电流密度为397.6 mA cm^-2，而使用强还原剂（NaBH₄）制备的Cu气凝胶有利于生成CO。

本文通过DFT计算，研究了C₂₊产物在活性位点上的催化活性。鉴于*CO是关键的反应中间体，其在活性位点的吸附/解吸强度取决于Cu表面的性质。作者选取Cu(111)-原始、Cu(111)-位错、Cu(111)-阶跃和Cu(111)-位错/阶跃四种模型结构进行理论模拟，分别用Cu-p、Cu-d、Cu-s和Cu-d/s表示。在CO₂RR过程中，*CO中间体的形成是由水溶液电解质中的CO₂分子（*COOH）加氢形成的。不规则的Cu结构（Cu-d、Cu-s和Cu-d/s）降低了CO₂加氢反应的能量，有利于后续生成*CO中间体。

在缺陷Cu结构下，生成CO的*CO解吸能量显著降低，在Cu-d/s时达到0.2 eV。同时，*CO中间体二聚生成*OCCO的反应能在缺陷Cu结构上呈上升趋势。通过计算不同结构下*CO二聚和*CO解吸的反应能差，发现*CO在Cu-p表面更容易二聚，而在Cu-d/s表面更容易脱附。进一步表明，对比Cu-d、Cu-s和Cu-d/s结构，Cu-p结构可以提高C₂₊的选择性。这些结果证实了CO的解吸/二聚取决于表面的局部几何形状，缺陷Cu-d、Cu-s和Cu-d/s位点负责CO的生成，而Cu-p位点有利于C₂₊产物的生成。

Crystal growth kinetics guided Cu aerogel for highly-efficient CO₂ electrolysis to C₂₊ alcohols. Chem. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D2SC04961A.

https://doi.org/10.1039/D2SC04961A.

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