天津大学巩金龙团队，最新AFM！

第一作者：Jie Du， Gong Zhang

通讯作者：巩金龙，张鹏

通讯单位：天津大学

巩金龙，教授/副校长，2010年起在天津大学化工学院任教授、博士生导师；教育部低碳能源化工国际合作联合实验室主任；国家自然科学基金创新研究群体负责人、国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授、国家重点研发计划项目（基础前沿类）首席科学家。英国皇家化学学会（FRSC）、中国化工学会和中国化学会会士。

分别于2021年和2023年当选为欧洲科学院（Academia Europaea）和加拿大工程院外籍院士。获国家自然科学奖二等奖（2019年，排名第一）、首届科学探索奖（2019年）等（信息来源：http://chemeng.tju.edu.cn/m/szdw?type=detail&id=30）

张鹏，博士，2020.9 – 至今于天津大学化工学院任教授，主要围绕功能纳米材料设计与太阳能催化转化开展研究。（信息来源：http://faculty.tju.edu.cn/pzhang/zh_CN/index.htm）

论文速览

电化学CO₂还原反应（CO₂RR）生产高价值化学品和燃料是实现碳中和的一种有前途的策略。由于C-C耦合动力学缓慢，以及乙醇（C₂H₅OH）和乙烯（C₂H₄）产品共享相同的*HCCOH中间体，实现C₂H₅OH的高活性和选择性生产仍然是一个挑战。

研究团队通过气氛诱导的重构方法优化了锌-铜双金属合金（Cu_xZn_y）催化剂的表面组成和配位结构，以促进C₂H₅OH的生产。特别是，在CO气氛中处理的Cu_xZn_y合金催化剂（CO-Cu_xZn_y）富含低配位Cu位点，有利于*CO中间体的吸附，从而促进C₂H₅OH的产生。

在电流密度为300 mA cm^-2时，CO-Cu₈₄Zn₁₆实现了85.1%的C₂₊法拉第效率（FE）和59.5%的C₂H₅OH FE。原位光谱研究和密度泛函理论（DFT）计算表明，增强的*CO吸附促进了C-C耦合过程。同时，*HCCOH在CO-Cu₈₄Zn₁₆上的氢化更有利，从而抑制了C₂H₄途径，增强了C₂H₅OH的生成。本研究提供了一种通过控制活性位点的表面配位环境来调节CO₂RR选择性的高效策略。

图文导读

图1：SEM、ICP-OES、EDS、XRD、STEM-EDS、HRTEM和XPS等技术对不同Zn比例的Cu_xZn_y合金催化剂进行了详细表征。

图2：所有催化剂在1 M KOH溶液中的CO₂RR性能。

图3：CO-Cu₈₄Zn₁₆催化剂的催化性能和稳定性。

图4：ATR-SEIRAS光谱、DFT计算研究CO₂RR过程中关键中间体的吸附行为。

总结展望

本研究成功开发了气氛诱导表面重构策略，用于设计具有高选择性的CO₂RR电催化剂。CO-Cu₈₄Zn₁₆催化剂在300 mA cm^-2的电流密度下实现了85.1%的C₂₊ FE和59.5%的C₂H₅OH FE，展示了优异的催化性能。

通过原位ATR-SEIRAS光谱和DFT计算，研究揭示了CO气氛诱导的Cu_xZn_y表面Cu位点的形成，这些位点增强了*CO的结合，促进了C-C耦合过程，同时Zn与低配位Cu位点的协同作用破坏了*HCCOH的选择性中间体，促进了C-O键的加氢，生成C₂H₅OH。本工作为优化Cu基双金属合金催化剂的表面位点以调节CO₂RR的选择性提供了新思路。

文献信息

标题：Electrochemical CO₂ Reduction to Ethanol on Zn-Coordinated Cu Sites Formed by Atmosphere-Induced Surface Reconstruction

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202410339