深圳大学何传新/杨恒攀，最新AFM！

第一作者：Huizhu Cai

通讯作者：杨恒攀，何传新

通讯邮箱：深圳大学

论文速览

本文研究了离子液体对铜（Cu）基材料在CO₂电化学还原反应（CO₂RR）中的产物选择性的影响。CO₂RR主要发生在三相界面，而界面性质直接影响CO₂RR的反应路径。虽然Cu基材料能够产生大量的醇类和烃类，但很难精确调控反应界面以获得特定的目标产物。本研究通过离子液体（例如[Bmim][PF₆]）的引入，成功调控了Cu表面的界面性质，从而改变了CO₂RR的反应路径。

实验结果表明，Cu基催化剂的主要产物可以从C₂H₄（法拉第效率，FE为71.1%）转换为CH₄（FE为67.2%）。这种通过简单界面修饰就能根本性改变CO₂RR产物的选择性，在以往的研究中很少见。本工作为调控电催化反应中的界面性质和理解反应机理提供了一种直接的方法。

图文导读

图1：A-CuNWs和[Bmim][PF₆]@A-CuNWs的合成示意图、扫描电镜（SEM）图像、CuNWs的尺寸、X射线衍射（XRD）图谱。

图2：在不同施加电位下A-CuNWs和[Bmim][PF₆]@A-CuNWs上C₂H₄和CH₄的法拉第效率（FE）、电流密度以及长时间电位测试和CH₄的FE。

图3：A-CuNWs和[Bmim][PF₆]@A-CuNWs上CO₂RR的原位拉曼光谱，以及CO₂在A-CuNWs和[Bmim][PF₆]@A-CuNWs上电化学还原为C₂H₄和CH₄的简化示意图。

图4：IL@Cu的电荷密度差、投影态密度（PDOS）图以及在Cu和IL@Cu上CO₂电化学还原反应路径的自由能曲线。

总结展望

本研究提出了一种简单可行的策略，通过在Cu表面修饰离子液体来调控CO₂电化学还原中CH₄和C₂H₄之间的选择性。活化的铜纳米线具有高阶梯状表面，能够增加反应界面周围*CO中间体的局部浓度，有助于碳-碳键耦合过程。在A-CuNWs表面修饰[Bmim][PF₆]后，离子液体在捕获关键中间体、降低反应界面上*CO的分布密度以及破坏C₂H₄生成的耦合过程中发挥了重要作用。

此外，[Bmim][PF₆]还可以促进*CO向*CHO的质子化，从而引导反应路径向CH₄方向进行。因此，在离子液体参与下，活化的铜纳米线上的主要产物可以轻松地在C₂H₄（71.1% FE）和CH₄（67.2% FE）之间切换。本研究探讨了离子液体作为少量修饰剂在铜界面上的反应路径上的作用，为电催化剂的设计和电催化界面的调控提供了理论指导。

文献信息

标题：Ionic Liquid-Induced Product Switching in CO₂ Electroreduction on Copper Reaction Interface

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202404102