陈为/魏伟ACS Energy Letters：铜电极中引入B，实现安培级CO2电还原为乙醇

可再生电力驱动的CO₂电催化还原反应(eCO₂RR)将CO₂转化为有价值的化学物和碳基燃料，是实现碳中和和储存剩余电能的潜在途径。在Cu基催化剂上，CO₂能够电催化转化为多碳(C₂₊)产物(如气态乙烯和液态乙醇)。与乙烯相比，乙醇具有能量密度高(26.8 MJ kg⁻¹)、易于储存和运输等优点，因此引起了研究人员的极大兴趣。

同时，乙烯和乙醇共享一个关键的分支中间体(即*CH₂CHO)：断裂*CH₂CHO的C-O键可以得到乙烯，*CH₂CHO进一步加氢可以得到乙醇。因此，想要提高eCO₂RR产物中乙醇的选择性，需要开发合适策略来促进*CH₂CHO的形成和加氢，并抑制*CH₂CHO中C-O键的断裂。

近日，中国科学院上海高等研究院陈为和魏伟等报道了一种具有微/纳米结构鳞片状外层的硼掺杂铜高效电催化剂(B-Cu HPE)，其外层由金属Cu和B组成，用于选择性电催化CO₂转化为乙醇。

实验结果表明，在3.0 M KCl中，B-Cu HPE能够高选择性地将CO₂转化为乙醇，其中乙醇部分电流密度高达1.25 A cm^-2，法拉第效率(FE)为52.4%，产率为3.87 mmol cm^-2 h^-1；并且B-Cu HPE能够在2.4 A cm^-2电流密度下连续稳定电解150个小时，在此过程中乙醇的法拉第效率(FE)在52%~47%之间波动。

原位红外光谱和理论计算表明，B掺杂在Cu HPE表面诱导电子局域化，增加了两个相邻Cu原子之间的Cu-Cu距离，并通过从相邻Cu原子中吸电子形成中等氧化态Cu^δ+(δ=0.47)物种，优化了配位数(CN= 4.9)；B-Cu HPE表面Cu原子适中的氧化态和配位数有利于*CO_atop的形成，从而引发不对称的*CO_atop和*CHO中间体C-C偶联，实现乙烯选择性转化为乙醇。

总的来说，该研究证明了Cu基电催化剂上的部分正价Cu(Cu^δ+)位点对C-C偶联形成C₂₊产物的重要作用，为设计更高效的电催化剂以实现安培级CO₂转化为C₂₊提供了新策略。

Ampere-level CO₂-to-ethanol conversion via boron-incorporated copper electrodes. ACS Energy Letters, 2023. DOI: /10.1021/acsenergylett.3c01901