​李春忠/李会会/李昊ACS Catalysis：Cu基电催化剂表面羟基化，促进电化学还原CO2

电化学CO₂还原反应(CO₂RR)为CO₂直接转化为高附加值化学品和燃料提供了一条可持续的途径。在众多CO₂RR产物中，多碳(C₂₊)产品由于其与C₁产品相比具有更高的能量密度和市场价值而受到广泛关注。由于Cu表面上最佳的*CO结合能，其可作为具有最佳C₂₊产物选择性的CO₂RR催化剂。

迄今为止，在高性能铜基电催化剂的结构设计和精确制备方面取得了重大进展。并且，许多工作已经开始着手研究与电极界面微环境调控相关的一些关键因素和策略，如催化剂表面的分子工程、电解质设计和电解池构型等，这促使人们在设计和制备催化剂以引导对目标产物的选择性时应始终考虑催化剂周围的反应微环境。

目前，研究较多的策略之一是利用浓KOH将CO₂地转化为C₂₊产物，但阴极上碳酸盐的生成消耗了大部分输入的CO₂。因此，寻求一种新的策略来改善电极局部环境，从而消除或降低CO₂RR选择性对本体OH⁻浓度的依赖至关重要。

基于此，华东理工大学李春忠、李会会和日本东北大学李昊等通过羟基功能化的表面策略(即在Cu₂O催化剂上覆盖上富含羟基的分子)来实现分子表面修饰以增强C₂₊产物的形成。电化学实验和原位表征证实了在CO₂RR反应过程中，催化剂表面附近稳定存在的羟基物种能够有效地将吸附的*CO转化为C₂₊产物。

在流动池中，最优的0D-Cu-800催化剂上C₂₊产物的法拉第效率为81.5%，部分流电流密度为285 mA cm⁻²，以及阴极能量效率为43.1%；利用阳离子交换膜电极组件装置，研究人员证明了在平均电流密度为151 mA cm⁻²的条件下，0D-Cu-800上能够连续稳定生产C₂H₄超过100小时。

理论计算表明，富含羟基的分子如葡萄糖酸可以导致Cu位点的电子损失，这有助于改善CO与Cu之间的电子转移，进而促进*CO的吸附和C-C耦合，提高了电化学CO₂RR对C₂₊产物的选择性。总的来说，该项工作证明了表面修饰对于设计稳定的反应微环境的重要性，这为未来设计高效的电催化剂以提高CO₂RR或其他电化学反应活性提供了指导。

Boosting electrochemical CO₂ reduction via surface hydroxylation over Cu-based electrocatalysts. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c02454