图2. CO吸附性能：(a) *CO在Cu （P1）上的旋转和Cu-CO拉伸（P2）的原位拉曼光谱，以及(b)不同外加电位下三种制备电极上的CO拉伸；(c)计算出Cu（100）、ru掺杂Cu（100）、Cu（311）、ru掺杂Cu（311）上的*CO吸附能。
图3. 电催化CO还原性能：(a)不同电位下三种制备电极的法拉第效率分布；(b) n-PrOH和(c) C2+醇在不同电位下三种制备电极上的分电流密度变化；(d)归一化性能比较；(e)不同电势下三种制备电极的FEalcohols/FEethylene比；ECSA标准化了(f) n-PrOH和(g)乙烯在三个不同电势下的电极上的部分电流密度。
图4. 用DFT模拟反应机理。(a) Ru−Cu（311）表面CO还原反应途径。在图中，蓝色、棕红色、灰色、红色和白色的球分别代表Ru、Cu、C、O和H原子。(b)预测电极电位为0 V时Ru−Cu（311）表面CO还原的自由能演化。乙烯，EtOH和n-PrOH途径。(c)计算*CO和 *CH2CHO在Cu（100）、Cu（311）和Ru−Cu（311）表面的自由能；(d)计算了Cu（100）、Cu（311）和Ru−Cu（311）表面上不同产物在分支步骤*CH2CHO上的自由能变化；(e)计算了n-PrOH对C2H4和EtOH对C2H4在Cu（100）、Cu（311）和Ru−Cu（311）表面上的选择性。右侧（左侧）区域表示对乙烯（乙烯醇）的高选择性，顶部（底部）区域表示对乙烯（n-PrOH）的高选择性。
这项研究成功地设计了一种掺杂了Ru的铜纳米线，以提高电化学合成中对多碳醇的选择性和活性。通过原位光谱和DFT计算，发现在掺杂了Ru的铜表面能稳定吸附*CO和*CH2CHO，同时抑制C-O键裂解为乙烯，因此提高了多碳醇的生产，尤其是对n-PrOH的选择性。此外，在优化了操作参数的MEA系统中，通过调整电极表面的疏水性，实现了C2+醇（包括4.2wt%的n-PrOH和14.6wt%的EtOH）的最大浓度达到约18.8wt%，并且能够在工业级电流密度下稳定运行100小时。这一研究为未来利用CO2/CO电解法可持续生产多碳醇提供了重要的见解，并强调了材料设计和工艺工程之间的关键相互作用。
Concentrated C2+ Alcohol Production Enabled by Post-Intermediate Modulation and Augmented CO Adsorption in CO Electrolysis
Guangye Zhou, Boyang Li, Guangming Cheng, Christian J. Breckner, David P. Dean, Meiqi Yang, Nan Yao, Jeffrey T. Miller, Johannes B.M. Klok, Nicolas Tsesmetzis, Guofeng Wang, and Zhiyong Jason Ren
Journal of the American Chemical Society Article ASAP
DOI: 10.1021/jacs.4c10629
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