韩布兴/吴海虹/贾帅强Angew：通过聚合物改性策略增强CO2电还原制乙烯活性

调节电极表面微环境是提高电催化二氧化碳还原（eCO₂RR）效率的有效手段之一。为了实现高转化率，应精细控制电极表面的相界面以克服CO₂在水性电解质中溶解度的限制。

基于此，华东师范大学韩布兴院士，吴海虹教授，贾帅强（共同通讯作者）等人报道了一种简单有效的方法，通过在碳纸（CP）上一步共电沉积铜（Cu）和聚四氟乙烯（PTFE）来构建具有超疏水表面微环境的电催化剂。超疏水Cu基电极表现出高乙烯（C₂H₄）选择性，在H型电池中-1.25 V vs. RHE下的法拉第效率（FE）为67.3%，是不含PTFE的常规Cu电极的2.5倍。采用PTFE作为表面改性剂，增强了eCO₂RR的活性并抑制了析氢反应。

本文通过DFT计算分别探索了Cu-CP和引入PTFE的Cu-[CF₂]_n-5-CP催化剂上CO₂转化为C₂H₄的反应机理。

CO中间体在Cu(111)和Cu(111)-[CF₂]_n-表面结合的电荷密度差分图表明，PTFE的添加减少了电子转移量，CO吸附能也可能减弱。此外，Cu(111)-[CF₂]_n-的电荷密度差分图还显示了Cu和CO中间体之间的电荷积累，这有利于后续反应步骤中C-C键的形成。

本文进一步计算了Cu-CP和Cu-[CF₂]_n-5-CP催化剂上eCO₂RR的自由能变化（ΔG）。两条反应路径分别为：(I) *CO被氢化还原为*CHO，随后两个*CHO二聚成OHCCHO*，最终还原为C₂H₄；(II) *CO直接二聚为OC*CO，然后被还原为C₂H₄。

计算结果表明，路径(II)在两种电极表面都是更优势的。其中Cu-[CF₂]_n-5-CP上*CO+*CO→OC*CO步骤的ΔG为0.50 eV，低于Cu-CP的0.88 eV。PTFE的加入降低了Cu(111)-[CF₂]_n-上的CO吸附能，有效促进了C-C偶联反应，进一步增强了CO₂电还原制C₂H₄的反应活性。

Polymer Modification Strategy to Modulate Reaction Microenvironment for Enhanced CO₂ Electroreduction to Ethylene. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202313796.

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韩布兴/吴海虹/贾帅强Angew：通过聚合物改性策略增强CO2电还原制乙烯活性

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