JACS：稀土原子掺杂诱导拉伸应变，增强CuOx上CO2电还原为C2+

通过电催化CO₂还原反应(CO₂RR)将CO₂转化为增值原料和燃料，为同时减少CO₂排放和满足不断增长的能源需求提供了一条可持续的途径。与C₁产物相比，C₂₊产物(乙烯、乙醇和正丙醇)具有更高的能量密度和价值。

目前，铜可能是唯一能将CO₂转化为C₂₊产物的催化剂，具有较高的活性和效率。同时，以往的研究表明，Cu⁺位点对提高C₂₊产物的选择性起关键作用，铜离子不但可加强对*CO的吸附以促进C−C偶联反应，亦可稳定碳二中间体(例如OCCOH*)。然而，在CO₂RR过程中，Cu⁺在负电位下不稳定，这限制了其大规模应用。

近日，中科院化学研究所韩布兴和孙晓甫等首先计算了CO₂RR的热力学极限电位与析氢反应(HER)的差值，以及不同金属掺杂的Cu₂O与*CO的结合能。结果表明，在Cu₂O中掺入原子Gd可以有效地改善催化剂的性能。

基于理论计算结果，研究人员通过一步溶剂热法合成了Gd掺杂CuO_x催化剂(Gd₁/CuO_x)，其中原子分散的Gd具有独特的电子结构和较大的离子半径，能够有效稳定Cu⁺离子并诱发拉伸应变，从而使催化剂具有优良的电化学CO₂还原为C₂₊产物的性能。

因此，所制备的Gd₁/CuO_x催化剂在−0.8 V_RHE下的C₂₊产物的法拉第效率(FE)为81.4%，C₂₊的部分电流密度为444.3 mA cm⁻²。实验结果和理论计算表明，Gd原子掺杂和拉伸应变增强了关键中间体O* CCO的稳定性，降低了C−C偶联反应的能垒，从而显著提高了CO₂电转化为C₂₊产物的活性。

综上，该项工作证明了稀土金属可以通过自身独特的电子结构和较大的离子半径有效地改善铜基催化剂的CO₂RR性能，这为设计更多的高性能催化剂提供了一定的启发。

Improving CO₂-to-C₂₊ Product Electroreduction Efficiency via Atomic Lanthanide Dopant-Induced Tensile-Strained CuO_x Catalysts. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c0242

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JACS：稀土原子掺杂诱导拉伸应变，增强CuOx上CO2电还原为C2+

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