Angew：CuZn协同促进高电流下CO电还原制C2+醇
学术
2024-12-15 22:09
上海
通过CORR电化学合成多碳（C2+）有机醇，特别是乙醇和丙醇，能够为间歇可再生能源存储和低碳经济提供帮助，但是如何在工业电流密度实现有机醇的高选择性受制于生成乙烯和氢气等副反应（竞争性吸附*CO和*H）的影响。有鉴于此，新加坡国立大学罗健平(LOH Kian Ping)教授、天津大学杨全红教授、张兵教授等报道开发了一种Cu/Zn合金催化剂能够提高捕获CO分子的能力并且在Cu位点上富集活性氢，因此改善反应选择性和催化活性。要点1. 这项研究结果表明Cu/5Zn合金（Cu/Zn的比例为95:5）在安培量级电催化还原CO的反应中实现50 %的C2+醇选择性。反应机理研究结果表明，Cu/Zn合金促进Cu位点基化，增强CO分子吸附，而且促进氢原子从Zn向Cu位点溢流，促进生成醇的选择性。要点2. 当电流密度为1.1 A cm-2，生成C2+醇的选择性达到50.7 %，当电流密度在0.3~1.1 A cm-2，C2+醇的选择性仍达到40 %。在1.1 A cm-2电流密度，单次碳效率(SPCE)达到74 %，对应于每吨乙醇能够获益163$美元。要点3. 通过CO电化学剥离实验和表面CO覆盖实验表征，验证催化剂表面增强CO覆盖度促进生成C2+醇选择性。通过原位拉曼光谱表征和ESR测试，直接验证氢溢流效应。这些研究结果展示安培量级的CORR电催化反应中，实现了活性和选择性的同时提高。进一步通过理论计算验证反应机理。Zhitan Wu, Nannan Meng, Rong Yang, Maoxin Chen, Jinhui Pan, Sijia Chi, Chao Wu, Shibo Xi, Yuan Liu, Yingqing Ou, Wenya Wu, Shuhe Han, Bin Zhang, Quan-Hong Yang, Kian Ping Loh, Boosting C2+ Alcohols Selectivity and Activity in High-Current CO Electroreduction using Synergistic Cu/Zn Co-Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202420283https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202420283
