汪国雄/王琪Angew.: FE达到46%! 碳包覆CuOx催化剂上选择性CO2电还原为乙醇

电化学二氧化碳还原反应(CO₂RR)是一种将二氧化碳转化为燃料和化学品的有效方法，它能够实现人工碳闭环。CO₂能够转化为多碳(C₂₊)燃料和化学品，特别是乙醇(在许多领域有广泛的需求)，然而，在C-C耦合过程中，它的多质子和电子转移步骤缓慢。Cu基催化剂能有效促进CO₂RR中C-C与C₂₊产物的偶联，但Cu催化剂的主要C₂₊产物是乙烯。

基于此，中科院大连化物所汪国雄和大连交通大学王琪等通过一锅热解铜基金属有机框架HKUST-1(Cu₃(BTC)₂，Cu-BTC)，成功制备被碳层包裹的CuO_x@C催化剂。

高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像显示，CuO_x@C上涂有均匀的碳涂层(~2nm)。Operando拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)结果表明，在CO₂RR过程中，临界碳层可以稳定Cu⁺物种，促进了C-C耦合。Operando拉曼光谱表征还表明，稳定的Cu⁺物种有利于在低电流密度下CO的形成，并在高电流密度下促进C-C耦合。

电化学测试结果显示，在CuO_x@C上的乙醇法拉第效率达到46%，高于不含碳涂层的CuO_x(~31%)；乙醇在CuO_x@C上的部分电流密度达到166 mA cm^-2，高于大多数已报道的催化剂。密度泛函理论(DFT)计算表明，丰富的Cu⁺物种通过改善*CO的吸附促进了C-C耦合，并且表面碳层可以有效地调节关键的中间产物*HOCCH的自由能，通过氢化途径促进乙醇生产。

Selective CO₂ Electroreduction to Ethanol over Carbon-Coated CuO_x Catalyst. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202209629