宫勇吉Nature Commun.：超薄CuO纳米板阵列，高效CO2电还原制乙烯！

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电化学二氧化碳（ CO ₂ ）还原为多碳燃料和化学原料是减少过量 CO ₂ 排放的一种有吸引力的方法。然而，目前已报道的催化剂大部分表现出 C ₂₊ 产物的低法拉第效率或较差的长期稳定性。

近日， 北京航空航天大学宫勇吉教授 制备了一种具有致密的垂直片状 Cu 纳米结构的 OD-Cu 催化剂（记为 DVL-Cu ）。

本文要点

要点1.  研究人员将采用恒电流阳极氧化法制备的 CuO 超薄纳米阵列（ CuO-NPs ）在碱性溶液中原位电化学还原得到 DVL-Cu 催化剂。

要点2.  实验结果显示，在 H 槽中，以中性氯化钾为阴极液，在 -0.8 V （相比于可逆氢电极）， DVL-Cu 用于电化学 CO ₂ RR ，获得了 73.6% 的 C ₂ H ₄ FE 和 >80% 的 C ₂₊ （主要是乙烯和乙醇） FE 和 84.5% 的 C2H4 FE ，而在流动槽中，甚至达到了 84.5% 的 C ₂ H ₄ FE 。此外，该催化剂的乙烯能量效率（ EE _C2H4 ）为 28.9% ，在流动槽中可长期稳定电解约 55 h 。

要点3.  实验和模拟结果表明，纳米结构的 DVL-Cu 在 CO ₂ RR 过程中产生了非均相界面，有效地分散了电极电流密度，避免了团聚。同时， KCl 电解液由于其高的局部 pH 微环境阻碍了 Cu ⁺ 物种的溶解 / 再沉积，并在较高过电位下抑制了析氢，这有利于 DVL-Cu 催化剂的高选择性和稳定性。

要点4.  密度泛函理论（ DFT ）计算表明， DVL-Cu 中的 Cu/Cu ₂ O 界面由于降低了 C ₂ H ₄ 生成途径中的 C-C 二聚能而促进了 C ₂ H ₄ 的生成。

得益于简单的合成方法，温和的电解条件 ( 中性电解液 ) ，出色的电解稳定性，使该材料有望成为未来工业 CO ₂ RR 催化剂的候选材料。

Liu, W., Zhai, P., Li, A. et al. Electrochemical CO ₂ reduction to ethylene by ultrathin CuO nanoplate arrays. Nat Commun 13, 1877 (2022).

DOI: 10.1038/s41467-022-29428-9

https://doi.org/10.1038/s41467-022-29428-9

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