范红金教授，最新Chem！

第一作者：Tao Zhang, Bao Zhang, Yipeng Zang

通讯作者：范红金, 李越

通讯邮箱：新加坡南洋理工大学、中科院合肥物质科学研究院/天津工业大学

论文速览

具有定制选择性的金–铜（Au–Cu）基催化剂的大规模生产是一项复杂而具有挑战性的任务。本文报道了一种基于金纳米球种子的半亲和策略，以实现具有连续调节界面（从二聚体、Janus、橡子状Janus到核壳）的Au–Cu Janus纳米晶体的合成，强调了界面应变的作用。

通过精细调节Cu的氧化态和活性位点上的一氧化碳物种（∗CO）覆盖率/吸附构型，所提出的Au-Cu催化能够在高电流密度下选择性地生产甲醇（CH₃OH）、乙烯（C₂H₄）和乙醇（C₂H₅OH）。通过原位表面增强拉曼光谱（SERS）和理论计算揭示了反应路径。

图文导读

图1：异质结构生长模式的分析和可调性，包括Volmer-Weber（VW）、Frank-van der Merwe（FM）和半亲和生长模式的示意图，以及基于界面应变和接触角的连续调节界面的示意图。

图2：Au-Cu异质结构的合成和表征，包括合成示意图、Au纳米球的低分辨率TEM图像、Au-Cu异质结构的TEM、HAADF-STEM图像。

图3：Au-Cu异质结构中接触区域的连续调节，以及在不同Au-Cu异质结构下局部电场分布的模拟。

图4：不同催化剂的电子结构比较，包括UV-Vis-NIR光谱、Cu 2p XPS光谱。

图5：1 M KOH水溶液中CO₂RR性能的测试结果，包括不同电化学催化剂上检测到的产品的法拉第效率（FE）作为施加电池电压的函数。

图6:原位SERS分析和理论计算对CO₂RR机制的深入理解，包括在不同电流密度下Au-Cu_I、Au-Cu_II和Au-Cu_III的原位SERS光谱，以及密度态（DOS）分析。

总结展望

本研究通过半亲和生长模式实现了Au-Cu异质结构的合成，这些结构从二聚体到核壳模式连续转变。通过系统研究Au-Cu异质结构中空间分布的铜对CO₂RR选择性的影响，实现了C₂₊产品80.0%的优化法拉第效率，以及466.1 mA cm^-2的部分电流密度。

通过调节Au-Cu异质结构的界面，可以切换特定产品的法拉第效率，例如可以将液体产品中72 %的甲醇（二聚体）、78%的乙醇（Janus）和气体产品中63%的乙烯（橡子状Janus）转换为107、230和226mA cm^-2的局部电流密度。此外，通过原位SERS和DFT理论计算，研究了反应机制。本工作代表了在电催化CO₂RR选择性开关方面的重要进展。

文献信息

标题：A selectivity switch for CO₂ electroreduction by continuously tuned semi-coherent interface

期刊：Chem

DOI：10.1016/j.chempr.2024.04.009