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重要作用，证据确凿！Nature子刊发表厦门大学/中国科学技术大学最新电催化科研成果！

文摘   2024-11-19 09:30   北京  

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01

论文拟解决的关键挑战：

膜电极组件（MEA）在多碳（C2+）化合物的电催化CO2还原反应（CO2RR）中具有广阔的应用前景。在无阴极的MEA电解槽中，水管理是至关重要的，但很少有研究阐明阴极共进水是否能促进C2+的形成。

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02

图文简介：

针对上述挑战，厦门大学的王野教授、程俊教授、谢顺吉教授和中国科学技术大学的姜政教授等人在Nature Communications发表论文，该团队发现了一种合适的纳米复合电催化剂，其具有丰富的Cu2O-Cu0界面，在MEA体系中实现共进料H2O的作用，以促进CO2RR过程中C2+化合物的形成。

研究表明，在Cu0纳米颗粒催化剂上，共进料H2O对C2+的形成没有影响，但在含有丰富Cu2O-Cu0界面的纳米复合材料上，共进料H2O对C2+化合物的CO2RR有显著的积极影响，并抑制H2的析出。

在优化的水压力下，作者在全电池MEA电解槽中实现了1.0 A cm-2的电流密度和19%的单次C2+产率，以及80%的C2+法拉第效率（主要是C2H4和C2H5OH）。当电流密度为800 mA cm-2时，C2+形成的全电池能量转换效率（ECE）可达到31%，在250 mA cm-2下，该体系至少稳定350小时。C2+化合物（C2-3烯烃和氧合物）的摩尔碳基选择性和产率分别达到83%和19%，在较苛刻的反应条件下优于热催化体系。

Operando表征证实了在安培级电流密度下，CO2RR过程中Cu+与Cu0共存。

作者提出了Cu+位形成的原位再氧化机制。具有Cu+位点的催化剂促进H2O的活化，促进了CO和CHO的吸附形成，从而有利于C−C通过*OCCHO与C2+化合物的偶联，从而显示出共进料H2O对C2+生成的显著促进作用。

这项工作不仅为阴极催化剂在水管理中的关键作用提供了新的见解，以促进MEA电解槽中CO2RR生产C2+化合物，还提供了光谱证据，证明了在安培级电流密度下CO2RR过程中Cu+的存在，以及Cu+对水的活化以帮助C−C耦合的独特功能，为构建CO2RR-C2+化合物的高效MEA系统奠定了基础。

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