广东
由清洁和可再生能源产生绿色电力驱动电化学二氧化碳还原（ECO2RR）获取燃料或化学品将有望解决全球变暖和能源短缺问题。在众多应用于ECO2RR的金属催化剂中，Cu凭借其与大多数ECO2RR中间体的有利结合，可以产生多种高附加值的多碳产物，被认为是最有希望实现ECO2RR工业化应用的金属催化剂。然而，Cu在ECO2RR中对特定产物的选择性仍然很差，这严重增加了实际工业应用中产品纯化的难度和成本。
近日，西安交通大学的沈少华教授课题组在Cu基催化剂中引入Ag这一具有弱*CO结合强度的金属，形成Ag-Cu双金属表面合金（AgxCu100-x），通过调整表面合金组分和外加电压，在ECO2RR中分别实现了对C2烃/醇产物（如C2H4和C2H5OH）、C1烃/醇产物（如CH4和CH3OH）和CO的可控选择性生产。
表面富Cu的AgxCu100-x（14 < x < 34）在-0.85~-1.00 V vs. RHE的电压范围内有利于以高选择性将CO2还原为C2烃/醇产物；表面Ag组分进一步增加的AgxCu100-x（27 < x < 55）在-1.00~-1.10 V vs. RHE的电压范围内有利于选择性生产C1烃/醇产物；表面富Ag的AgxCu100-x（x > 74）在-0.90~-1.15 V vs. RHE的电压范围内倾向于以高选择性将CO2还原为CO。
原位光谱学研究和理论计算揭示了Ag-Cu双金属表面合金上具有可控产物选择性的ECO2RR机制。具体来说，由表面组分决定的d带中心可以将*CO的结合强度从强到弱进行调节，从而有效调控*CO的后续反应路径，进而调控最终产物的选择性。进一步调整外加电压可以改变参与电子的能量，可以实现对目标产物选择性的精细调控。
此外，本文还提出了一个热力学评价指标Pr来评估*CO各后续反应路径的热力学优势，并以该评价指标为基础绘制ECO2RR产物选择性优势区域图，为具有可控产物选择性的新型催化剂设计提供了可靠的理论指导。
本研究或将对揭示ECO2RR产物选择性决定因素和基本原理有所启发，并为具有可控产物选择性的新型ECO2RR催化剂设计起到一定的指导作用。
论文信息
Decrypting the Controlled Product Selectivity over Ag-Cu Bimetallic Surface Alloys for Electrochemical CO2 Reduction
Daixing Wei, Yiqing Wang, Prof. Chung-Li Dong, Zhengqi Zhang, Xinyu Wang, Dr. Yu-Cheng Huang, Yuchuan Shi, Xiaoli Zhao, Jialin Wang, Prof. Ran Long, Prof. Yujie Xiong, Prof. Fan Dong, Prof. Mingtao Li, Prof. Shaohua Shen
文章第一作者为西安交通大学沈少华教授课题组的博士研究生魏代星和王亦清。
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202217369
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