​电子科大/大化所Nat. Commun.: Cu中引入Sb和Pd单原子，促进CO2转化为CO

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​电子科大/大化所Nat. Commun.: Cu中引入Sb和Pd单原子，促进CO2转化为CO
铜(Cu)是一种独特的金属，可以显著激活CO2并产生多种产物，包括碳氢化合物和氧化物。然而，Cu的选择性较差，特别是对于单碳产品，如CO和甲酸盐。近年来，Cu基单原子合金(SAAs)得到了发展，其可以提高CO2RR中单碳产物的选择性。通过与单原子金属合金化，可以微调Cu的电子结构，使反应物和中间体的解吸和吸附达到最佳平衡，从而产生所需的特定产物。以前的工作表明，Cu催化剂在CO2RR下会通过原位结构演变形成活性纳米颗粒。虽然单原子合金化可以在一定程度上稳定相邻Cu原子的表面，但是这些二元SAAs也会在高电流(>−500 mA cm-2)下进行合金重构，导致CO生产过程中的活性-稳定性不平衡。
​电子科大/大化所Nat. Commun.: Cu中引入Sb和Pd单原子，促进CO2转化为CO
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为了提高CO的选择性和活性，同时实现长期稳定性，电子科技大学夏川和中国科学院大连化物所肖建平等在Cu中引入多种金属单原子(Cu92Sb5Pd3)，以此来调整SAAs的性能。
实验结果和理论计算表明，Sb和Pd单原子对Cu的协同作用使得电子从Cu上转移到Sb/Pd，同时导致Cu的d带中心下移，这有效削弱了*CO的吸附，并抑制HER反应。此外，根据自由能的热力学关系(ΔG=ΔH-TΔS)，系统的混合熵(ΔSmix)可以随着合金中元素数量的增加而增加，因此在Cu中引入多种单原子金属导致较低的ΔG和改善的稳定性。
​电子科大/大化所Nat. Commun.: Cu中引入Sb和Pd单原子，促进CO2转化为CO
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性能测试结果显示，在0.5 M KHCO3中，Cu92Sb5Pd3催化剂在−0.93 VRHE下的CO选择性达到100%，部分电流密度为−402 mA cm−2。在中性电解质中，CO部分电流密度可以达到−1 A cm−2，超过了许多最先进的贵金属催化剂；此外，该催化剂在−100 mA cm−2下能够连续稳定运行528小时，在该过程中FECO大于95%。
总的来说，该项工作证实了Cu与多种金属单原子形成合金能够显著增强催化活性和稳定性，并且所提出的催化剂设计思路可以进一步推广到其他元素组合和各种电催化反应中。
Turning copper into an efficient and stable CO evolution catalyst beyond noble metals. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-50436-4

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