EES: Cu催化CO(2)转化为乙酸盐的机制：电位、pH和纳米结构依赖性

纳米结构的Cu催化剂提高了电化学CO₍₂₎还原反应(CO₍₂₎RR)中高价值C-C偶联(C₂)产物(乙烯、乙酸盐和乙醇)的选择性和几何活性。在反应过程中，研究人员发现高价值C₂产物的选择性会发生变化，例如乙酸盐的产率随着碱度的增加而增加，并且催化剂的形态发生变化也对选择性有影响。然而，对于纳米结构或质量传输如何影响铜对乙酸盐与其他C₂产物选择性仍不清楚。

基于此，美国特拉华大学焦锋和丹麦技术大学Hendrik H. Heenen等基于烯酮溶液反应，提出了通过CO₍₂₎RR转化为乙酸的新机理，并阐明了其选择性对电位、pH和微观形貌的依赖性。

研究人员通过对现有的GDE/流动池和H型电解池数据的分析，对催化剂负载效应的实验研究，并开发了一个多尺度模型。提出的机理表明，醋酸选择性取决于在催化剂表面乙烯酮的运输和随后的溶液反应与它的(再)吸附和进一步还原。该模型中没有援引任何特定的活性位点(s)；纳米结构的影响是通过与实验一致的纳米长度尺度上的单一粗糙度参数捕获的；粗糙度的影响来自于它对输运和动力学之间的相互作用的影响。对纳米结构Cu的ECSA归一化数据的研究表明，迄今为止研究的所有类型铜的活性位点(s)都是相同的。

基于上述机理，研究人员提出以下策略来最大化或最小化乙酸产率：一般来说，高pH、低催化剂粗糙度，非常高(≥-1.2 V_SHE)或非常低电位(≤-1.5 V_SHE)最大限度地使乙酸产率最大化。对于最高的乙酸盐产率，反应应该发生在低电位和/或碱性的CORR条件下；相反，在中性条件下，使用缓冲液和中间电位(-1.6到-1.3 V_SHE)，催化剂的乙酸盐选择性较低。这项工作强调了在CO₍₂₎RR等机理研究中，对内在催化剂活性和反应能量学、溶液相反应和质量传递相互作用的潜在影响的重要性。从模拟的角度来看，这些效应在多个长度尺度上的结合需要严格的多尺度模型，而不是通常只关注催化剂表面的反应能量学的方法。

Mechanism for Acetate Formation in Electrochemical CO(₂) Reduction on Cu: Selectivity with Potential, pH, and Nanostructuring. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE01485H