得益于气体扩散电解技术的发展，CO2电解在电流密度和能量效率方面取得了显著的提高。一般来说，碱性CO2电还原能够高效和选择性地生成有价值的C2+，但是由于反应过程中碳酸盐的生成，CO2和碱性电解质都遭受了严重的损失。中性或酸性CO2电解可以有效地缓解上述问题，但是CO2转化为C2+的选择性和能量效率较低。另一种方法是采用两步电解法，结合非碱性CO2转化为CO和碱性CO转化为C2+，从而实现高效和可持续的CO2转化为高价值C2+产品。
目前，高温固体氧化物电解和熔融碳酸盐电解等用于非碱性CO2电解正在接近工业化标准，能够实现高活性和持久的操作。同时成功地实现了。然而，CO电还原生产C2+的选择性较低，这就要求进一步开发成本效益高的催化剂和稳健的电极来克服该难题。
近日，南京大学朱嘉和东南大学王金兰等报道了一种晶面选择性金属掺杂策略，成功制备了Ni掺杂的以{100}为主的Cu纳米线，以调整CO还原路径的反应动力学，从而提高乙醇的选择性。
ATR-SEIRAS、原位拉曼光谱表征和理论计算结果显示，Cu NWs中的Ni掺杂剂不会影响CO转化为C2+的活性，但其能够促进催化剂表面吸附的水解离形成吸附*H。用于乙烯产生的质子源是H2O分子而不是吸附的*H，因此吸附*H能够促进关键C2中间体(*CHCOH)的电化学加氢，这能够提高乙醇选择性并抑制乙烯生产。
性能测试结果显示，Ni掺杂的Cu NWs催化剂上乙醇是主要的C2+产物，在电流密度为300 mA cm-2时的法拉第效率达到56%。同时，在−0.77 V的阴极电位下，Ni掺杂的Cu NWs的乙醇部分电流密度达到200 mA cm-2，满足工业相关应用的要求。
为了评估所制材料的可扩展应用潜力，研究人员将Ni掺杂的Cu NWs/PTFE作为阴极集成到零间隙MEA电解槽中。该电解槽具有约1.2 Ω的低电池电阻；并且其在没有iR补偿的情况下，在2.7 V的电池电压下提供300 mA cm-2的电流密度，乙醇法拉第效率和电池能量效率分别为54%和21%。更重要的是，该电解槽能够连续稳定运行超过300小时，展示了它的巨大应用前景。
总的来说，该项研究证实了面选择性金属掺杂策略能够同步调节CO还原电催化剂的热力学和反应动力学，有助于推动选择性、稳定和能量高效的CO-C2+电合成的商业应用。
Nickel-doped facet-selective copper nanowires for activating CO-to-ethanol electrosynthesis. Advanced Materials, 2024.10.28. DOI: /10.1002/adma.202413111
