Angew. Chem. :单宁酸分子诱导Cu高效电催化CO2到乙烯

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电催化二氧化碳还原(CO2RR)是缓解能源危机和解决温室问题的有效方式,为实现碳中和以及可持续发展提供了一种有潜力的途径。乙烯(C2H4)是世界上产量最大的化学产品之一,工业上主要通过高能耗的裂解反应和精馏获得。如果通过CO2RR高效的制备C2H4,对工业具有重要意义。在众多催化剂中,Cu基催化剂可以选择性地将CO2转化为C2H4,但是传统Cu催化剂通常选择性较差。


清华大学王定胜、广州医科大学欧阳江和西安交通大学苏亚琼提出了一种原位分子修饰策略,涉及单宁酸(TA)分子自适应调节Cu基材料的重构,使其能促进CO2还原生成C2H4



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单宁酸铜 (CuTA) 是一种结构明确的富含大量-OH的分子材料,但其在电催化尤其是 CO2RR 中的应用鲜有报道。在本文中,表面TA修饰的金属Cu(TA-Cu)是通过CuTA的原位电还原而设计的,这种原位表面修饰策略可能赋予Cu高催化活性。在-1.2 V电位下,TA-Cu对C2H4的选择性达到了63.6%,电流密度为497.2mA cm-2,优于目前报道的大多数催化剂。


重构的TA-Cu催化剂具有Cu颗粒并含有大量的羟基物种,羟基修饰的Cu颗粒呈现出Cu-O物种。原位X射线吸收光谱和拉曼光谱证明了Cuδ+/Cu0能够在CO2RR过程中保持稳定。DFT计算表明自适应Cuδ+/Cu0界面对降低C-C耦合的动能势垒起着重要作用。TA分子可以通过氢键相互作用优化*CO+*COH中间体的结合强度,促进*CO和*COH两种中间体二聚化,进一步提高C2H4的选择性。

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该原位构筑的Cu基催化剂具有适应性和部分氧化的价态,可以避免活性位点堵塞和稳定相关反应中间体,进而保证高的活性和选择性。这种分子工程调制的电子结构为实现高选择性电化学CO2还原为增值化学品提供了一种很有前途的策略。

文信息

Selective CO2 Reduction to Ethylene Mediated by Adaptive Small-molecule Engineering of Copper-based Electrocatalysts

Dr. Shenghua Chen, Dr. Chengliang Ye, Dr. Ziwei Wang, Dr. Peng Li, Dr. Wenjun Jiang, Dr. Zechao Zhuang, Dr. Jiexin Zhu, Dr. Xiaobo Zheng, Dr. Shahid Zaman, Dr. Honghui Ou, Lei Lv, Dr. Lin Tan, Dr. Yaqiong Su, Dr. Jiang Ouyang, Prof. Dingsheng Wang

文章的第一作者是西安交通大学的陈圣华研究员。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202315621

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