深圳大学AFM：局部环境的多重调节使CO2在中性电解液中选择性电还原为乙烯

最近，利用流通池选择性高电流还原二氧化碳（CO₂）到乙烯（C₂H₄）方面取得了积极进展。然而，在大多数情况下，还原反应只能在强碱性电解质中实现，这会导致电催化剂由于沉淀物的积累而大幅失活。

基于此，深圳大学何传新教授，胡琪副教授（共同通讯作者）等人报道了具有丰富的原子缺陷的多孔铜（Cu）纳米线（NWs），它与孔洞诱导的电场产生的协同作用综合调节了电极表面的局部微环境，从而使得CO₂在中性介质中高效而稳定地还原为C₂H₄。

本文使用DFT方法进一步研究了Cu原子缺陷对*CO和*OH吸附的影响。态密度（DOS）图表明有原子缺陷的Cu(111)-V的d带中心高于无缺陷的Cu(111)，这表明Cu原子缺陷导致d带中心上移，*CO和*OH在Cu(111)-V上的吸附强度都得到了提高。

C-C偶联是生成C₂H₄的关键步骤，本文进一步研究了Cu(111)和Cu(111)-V上的C-C偶联步骤。为了研究局部pH对C-C偶联的影响，还构建了一个由两个表面吸附OH⁻组成的模型（Cu(111)-V+OH⁻）。一般来说，有四条路径可以实现C-C偶联，而且它们都通过重要的中间体*CO。

计算结果表明，Cu(111)-V上C-C偶联的势垒为0.64 eV，低于无缺陷的Cu(111)上的势垒（0.74 eV），表明Cu缺陷可以促进C-C偶联。在引入表面吸附的OH⁻后，Cu(111)-V+OH⁻显示出更低的势垒，仅为0.45 eV，这反映了高的局域pH对促进C-C偶联也是十分重要的。

此外，高*CO覆盖率被广泛认为可以降低C-C偶联的势垒，从而显著促进CO₂RR生成C₂₊产物。总之，Cu缺陷和增强电场效应的协同作用提供了有利的局部环境（即富含K⁺和OH⁻）和高*CO覆盖率，可显著降低C-C偶联步骤的势垒，从而实现中性介质中C₂H₄的高效生产。

Multiple Tuning of the Local Environment Enables Selective CO₂ Electroreduction to Ethylene in Neutral Electrolytes. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202311226.

https://doi.org/10.1002/adfm.202311226.