杨化桂/刘鹏飞Angew.：单层MgAl LDH调节反应微环境，促进中性介质CO2电还原为乙烯

电催化二氧化碳还原反应(CO₂RR)生产化学原料是一种实现碳闭环的有效方法。影响电催化反应的因素有多种，包括催化电极结构、界面电场和化学环境。其中，反应界面局部微环境所涉及的化学环境负责动力学和热力学催化过程，并且局部环境受到电流密度、扩散层厚度和电解液缓冲容量的严重影响。

在CO₂RR中，有报道称局部OH⁻的浓度对一些复杂中间体(如OC^**CO，O^*CCHO)和多碳化合物(C₂₊)选择性的结合能有至关重要的影响。因此，合理设计特定的微环境以提高CO₂RR的活性具有重要意义，特别是在中性体系中能够利用局部高OH⁻浓度的优势而不用依赖KOH。

近日，华东理工大学杨化桂和刘鹏飞等设计了一种单层MgAl-LDH来优化Cu的局部环境，以加速中性介质中工业电流密度的CO₂−C₂H₄电还原过程。

实验结果表明，构建的MgAl-LDH/Cu电极在1.0 M KHCO₃溶液中表现出显著的CO₂−C₂H₄转化活性，在工业电流密度为300 mA cm⁻²时，最大的C₂H₄法拉第效率为55.1%，超过了大多数报道的在中性条件下的铜基催化剂。此外，原位拉曼耦合原位FTIR表明，在外加偏压下，MgAl-LDH/Cu界面在中性溶液比裸铜电极具有更高的局部pH值，这是由于其液体/固体界面水的快速分离和质子快速消耗导致局部OH⁻积累。

通过理论计算，进一步验证了MgAl-LDH在局部pH调整中的作用。水在MgAl-LDH上很容易解离，随着MgAl-LDH被引入Cu催化剂表面，由水解离产生的增强pH将有助于CO₂RR转化为C₂₊产物。动力学结果表明，水由于解离能垒较低，更倾向于在MgAl-LDH上发生分离。

此外，当MgAl-LDH引入铜催化剂，产生的OH⁻浓度大约是铜催化剂的2000倍，这与上述实验结果一致。总之，该项工作强调了无机改性在调节局部反应环境中的可能性，这为高效的CO₂RR电催化剂的合理设计提供了指导。

Tuning the Microenvironment in Monolayer MgAl Layered Double Hydroxide for CO₂-to-Ethylene Electrocatalysis in Neutral Media. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202217296