韩布兴院士等JACS：Al掺杂增强Cu电催化C2+醇选择性

纳米技术

2023-09-27

Cu电催化剂是具有前景的电催化还原CO₂制备能量密集燃料化学品。但是如何在各种相互竞争的不同路径之间实现选择性制备特定产物仍具有非常大的挑战。

有鉴于此，中国科学院化学所韩布兴、孙晓甫等报道通过向Cu催化剂引入亲氧性金属的方式调节含氧活性物种在Cu的吸附，显著改善C₂₊有机醇的选择性。

主要内容

（1）

通过理论计算，说明Lewis酸Al引入Cu催化剂，能够影响C-O化学键和Cu-C化学键对于中间体的选择性（生成乙醇和乙烯共同使用的中间体），使得电催化反应优选生成乙醇的路线。Al掺杂Cu电催化剂不仅表现优异的C₂₊选择性（84.5 %），而且具有非常好的稳定性。C₂₊醇的法拉第效率达到55.2 %，部分电流密度高达354.2 mA cm^-2，产率达到1066.8 μmol cm^-2 h^-1。醇/乙烯的比例超过2，比Cu/CuO催化剂的醇/乙烯比例（0.91）更高。

（2）

通过详细的实验研究，说明Al掺杂改善活性氧物种在Cu催化剂表面吸附，改善关键中间体*OC₂H₅的稳定性，改善乙醇产物的选择性。随后的研究发现，这种策略能够拓展至其他Lewis酸金属掺杂，比如Ga或Mg。原位XAS和XES表征说明Al掺杂能够稳定Cu⁺物种。详细表征结果和控制实验和理论计算，说明Al掺杂促进切断Cu-C化学键，阻碍切断C-O化学键，从而稳定中间体*OC₂H₅。

参考文献

Libing Zhang, Jiaqi Feng, Limin Wu, Xiaodong Ma, Xinning Song, Shunhan Jia, Xingxing Tan, Xiangyuan Jin, Qinggong Zhu, Xinchen Kang, Jun Ma, Qingli Qian, Lirong Zheng, Xiaofu Sun*, and Buxing Han*, Oxophilicity-Controlled CO₂ Electroreduction to C₂₊ Alcohols over Lewis Acid Metal-Doped Cu^δ+ Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c06697

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06697