【催化】德国西门子AEM：锥黑铜矿-电化学二氧化碳还原高效稳定铜基催化剂

通讯作者：Günter Schmid

通讯单位：德国西门子公司

成果一览

在众多过渡金属中，铜是唯一能够将CO2直接转化为各种烃和含氧化合物的催化剂。使用块状铜催化剂具有若干局限性，如1.对特定的烃产物的选择性差，2.需要高的过电位，3.由于有限的表面积导致的低活性，4.由竞争的析氢反应（HER）引起的法拉第效率（FE）损失。

近日，西门子公司Günter Schmid博士的研究团队开发了一种富含锥黑铜矿（Cu4O3）的氧化铜基催化剂（PrC），用于促进CO2还原转化为乙烯或其他烃类产物。Cu4O3是氧化铜族的一员，在其晶体结构中含有相同数量的Cu+和Cu2+离子。该催化剂表现出优异的电催化活性，在400 mA cm-2下制备乙烯的法拉第效率（FE）超过40%；在-0.64 V下C2+/C1产物比值为4.8，C2+FE超过61%;同时具有良好的稳定性。在该反应中，Cu4O3颗粒作为预催化剂，经过还原后形成活性物种，同时部分残余的Cu4O3颗粒充当表面活性位点的载体。

图文导读

图1 锥黑铜矿晶体机构及富含Cu4O3催化剂（PrC）表征

图2 富含Cu4O3催化剂（PrC）形貌结构表征

图3 XPS光谱图

图4 富含Cu4O3催化剂（PrC）法拉第效率及实验装置图

图5 富含Cu4O3催化剂（PrC）电催化性能表征

本文研究了富含Cu4O3的铜基催化剂（PrC），并证明该催化剂在工业生产要求的电流密度下可稳定地发挥作用，生成乙烯作为主要产物。采用溶剂热合成方法，能成功合成PrC粉末，其对制取乙烯具有高催化活性（j=300 mA cm-2）和高选择性（FEC2H4为43％）。Cu4O3颗粒在反应过程中充当预催化剂，经过还原后形成表面活性位点。但研究者表示，对于Cu4O3颗粒本征性能对CO2RR的影响，仍需进一步实验探索，

文献信息

Paramelaconite-Enriched Copper-Based Material as an Effcient and Robust Catalyst for Electrochemical Carbon Dioxide Reduction

(Advanced Energy Materials，2019，DOI: 10.1002/aenm.201901228)

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901228