夏宝玉等人Angew.：Cu─Cd位点实现酸性CO2电还原

研究内容

质子直接参与酸性二氧化碳还原（CO2RR）是提高能源效率和防止碳酸盐形成的关键。然而，质子在低过电位下的竞争性吸附通过抑制CO2的活化和氢化形成关键中间体*COOH来限制CO的产生。

华中科技大学夏宝玉/Fuqing Yu开发了一种Cu-Cd合金催化剂，通过Cu和Cd活性双位点之间的协同调节优化质子耦合电子转移（PCET）途径。该催化剂在-1.12 V vs RHE下，实现了98.6%的显著CO法拉第效率（FE），并在2.55 V的电压下，在0.4 A的总电流下在质子交换膜电极组件中运行了250多小时。相关工作以“Differential Adsorption on Synergistic Cu─Cd Sites Enables Direct Hydrogenation in Acidic CO2 Electroreduction”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

研究要点

要点1. 作者人采用密度泛函理论（DFT）计算从IB和IIB族中筛选过渡金属，包括Cu、Au、Ag、Zn、Cd和Hg，这些过渡金属以对C的强亲和力和对H的弱亲和力而闻名。计算证实了它们在强酸中促进CO2吸附的潜力。

要点2. 作者开发了铜-镉合金（CuxCdy）催化剂，精确引导酸性CO2RR途径高效生产CO。该催化剂在-1.12 V vs RHE下，实现了98.6%的显著CO法拉第效率（FE），并在2.55 V的电压下，在0.4 A的总电流下在质子交换膜电极组件中运行了250多小时。

要点3. 原位光谱和理论计算表明，Cd的掺入增强了*CO2的吸附，降低了*COOH形成的能量势垒，促进了直接氢化途径。

这项研究为质子丰富的电解质环境中的高性能酸性CO2电解提供了强有力的新见解。

研究图文

图1. a）质子直接参与调节CO2RR途径的示意图。（黄色球体代表Cu，灰色球体代表Cd）。b）不同金属对*H和*COOH的吸附能。c）M本体系统中*H吸附能和*COOH形成能垒之间的火山关系。d）d带中心示意图。e）Cu和Cu─Cd表面的CO2和H吸附能。

图2. a）b）HRTEM图像和晶格分析。c）EDS元素映射。d）、e）和f）HAADF-STEM图像和线强度分布。g）XRD。h）Cu 2p和i）Cd 3d XPS测量。j）Cu k边XANES和k）EXAFS轮廓以及相应的l）小波变换结果。

图3. 电化学性能。

图4.材料及性能表征。

图5.机理探究。

文献详情

Differential Adsorption on Synergistic Cu─Cd Sites Enables Direct Hydrogenation in Acidic CO2 Electroreduction

Liyuan Zhou, Lebin Cai, Wensheng Fang, Deyu Zhu, Ruijuan Qi, Fuqing Yu,* Ho Seok Park, Fei Song, Bao Yu Xia*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202522764

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