张兵/赵博航AEM:CuO-C60电催化CO2还原成C2+产物

张兵/赵博航AEM:CuO-C60电催化CO2还原成C2+产物
在CO2催化还原过程中,构建Cu0-Cu+双活性位点对C-C偶联生成多碳(C2+)产物具有重要意义。然而,Cu基前驱体(Cu+等)很容易还原为Cu0,特别是在大电流密度下,因此开发一种简单的Cu+稳定方法来形成Cu0-Cu+双活性位点非常可取但具有挑战性。
基于此,天津大学张兵教授和赵博航博士(共同通讯作者)等人报道了利用富勒烯(C60)作为稳定Cu+位点的电子缓冲剂,通过氧化铜和C60前驱体的复合材料得到了由原位形成的Cu0-Cu+双活性位组成的催化剂。
在366 mA cm−2的局部电流密度下,其提供高达61%的C2+产品法拉第效率(FE),在-1.4 V下Cu+位点具有良好的12 h耐久性。
张兵/赵博航AEM:CuO-C60电催化CO2还原成C2+产物
通过DFT计算,作者分析了C60与Cu0之间的电子转移。单个Cu模型中的Cu位点表现出Cu0的特征,CuOx模型中的氧结合Cu位点表现出Cu+位点的电荷密度特征。对比单Cu和CuOx中的Cu0和Cu+位点,Cu-C60模型中C60附近Cu位点的电荷密度体现了Cu+特征,验证了Cu0-Cu+双活性位点是通过缓冲作用形成。
此外,Cu0和C60的电荷密度差和平面平均电子密度差表明,所获得的Cu+位点是由电子通过C60和Cu的界面从Cu转移到C60引起的。结果表明,C60的电子缓冲作用可在还原条件下稳定Cu+位点。
张兵/赵博航AEM:CuO-C60电催化CO2还原成C2+产物
通过原位ATR-FTIR光谱发现,随着反应时间的增加,CuO预催化剂上Cu+位点的肩峰逐渐减小,在-1.4 V施加电位约8 min时几乎消失。
对于CuO-C60,即使将频谱采集时间延长到5 h,也可以观察到Cu+的信号,实验证实了C60的电子缓冲效应和Cu+在CuO-C60上CO2ER过程中形成Cu0-Cu+双活性位的稳定性。
张兵/赵博航AEM:CuO-C60电催化CO2还原成C2+产物
C60-Stabilized Cu+ Sites Boost Electrocatalytic Reduction of CO2 to C2+ Products. Adv. Energy Mater., 2023, DOI: 10.1002/aenm.202204346.
https://doi.org/10.1002/aenm.202204346.

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