JACS：时间分辨拉曼光谱研究Cu电极上低过电位CO2到CO的活化动力学

Nanoyu

2022-08-13

氧化物衍生的铜电极在二氧化碳（CO₂）电化学还原反应（CO2RR）中显著提高对有价值的碱性化学物质的活性和选择性，但关于氧化铜电极的动态重组与其活性和选择性之间的确切相互作用尚不完全清楚。

近日，乌得勒支大学Bert M. Weckhuysen，Ward van der Stam利用时间分辨表面增强拉曼光谱(TR-SERS)研究了循环伏安(CV)和脉冲电解(PE)过程中铜(氧化物)电极表面的动态重构和反应中间产物的吸附。

文章要点

1）通过将电化学数据与TR-SERS的光谱特征相结合，我们研究了电极表面的动态活化和反应，发现在低过电位（−0.35 V_RHE）下，在PE（法拉第效率为10%，静态外加电位下为1%）过程中，CO₂已经被活化为一氧化碳(CO)。

2）在不同时间尺度上的不同阴极偏压下的PE显示，在阴极偏压开始后，直接以随机CO为主，而在长时间施加低过电位后，没有观察到CO中间体。随着阴极偏压的增加(−0.55 V_RHE)，静态吸附的CO中间体的形成，而随机CO的总体贡献减小。

3）研究人员将低过电位下CO₂-to-CO的活化归因于选择性的Cu(111)面暴露、PE过程中的部分氧化表面以及在阳极脉冲中形成的铜-碳酸盐-氢氧化物络合物中间体。

这项工作揭示了氧化物衍生铜电极的重组和低过电位CO的形成，并强调了电化学和时间分辨振动光谱相结合来阐明CO₂RR机理的重要意义。

参考文献

Jim de Ruiter, et al, Probing the Dynamics of Low-Overpotential CO₂‑to-CO Activation on Copper Electrodes with Time-Resolved Raman Spectroscopy, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c03172

https://doi.org/10.1021/jacs.2c03172