郑耿锋/李亚飞Nat Commun:双硫空位增强CO2电还原为正丙醇

雨辰

2021-03-12

利用电化学二氧化碳还原可以生产具有高能量密度的增值化学品，但该过程受到低选择性和低收率的困扰。由于C3形成机制复杂，需要*C2中间体的稳定和随后的C1-C2偶联，因此丙醇是一种具有挑战性的产品。

有鉴于此，复旦大学郑耿锋教授和南京师范大学李亚飞教授等人，使用锂电化学调节方法开发了双硫空位（DSV）结构，该结构可稳定CO*和*C2二聚体（即OCCO*），并随后通过CO–OCCO与第三个*CO偶联制备C3。

本文要点

1）通过充电/放电循环数可以很好地调节硫空位的密度。富含DSV的CuSx催化剂在0.1 M KHCO₃中，在−1.05 V(vs. RHE)时，正丙醇生产的FEn-PrOH表现出大大提高的15.4±1％，对应于迄今在H-cells中报道的CO₂RR对正丙醇的最高选择性之一。

2）使用带有1 M KOH电解质的流通池，在-0.85 V(vs. RHE)的情况下，用于正丙醇生产的高局部电流密度（jn-PrOH）为9.9 mA cm-2。

3）密度函数理论计算表明，在六方硫化铜上形成的双硫空位可以作为稳定CO*和OCCO*二聚体的有效电催化中心，并进一步通过CO-OCCO偶联形成C3物种，而在单硫空位或无硫空位的硫化铜上则无法实现这一功能。

总之，该工作提出了一种新的方法，以创建阴离子空位对作为多碳产物的催化中心。

参考文献：

Chen Peng et al. Double sulfur vacancies by lithium tuning enhance CO₂ electroreduction to n-propanol. Nat Commun, 2021.

DOI: 10.1038/s41467-021-21901-1

https://doi.org/10.1038/s41467-021-21901-1