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電化學重構負載在垂直石墨烯的銅納米顆粒，以實現對高附加值二氧化碳還原產物的選擇性調控

第一作者：馬志鵬 博士

通訊作者：韓兆軍*，Rose Amal*

單位：澳大利亞新南威爾士大學

研究背景

銅基材料因其對碳一及多碳產物的選擇性而被認為是非常獨特的一種二氧化碳還原催化劑。盡管如此，因為銅基催化劑上二氧化碳還原的反應路徑過于復雜，其對單一產物的高選擇生產很少能夠在銅基催化劑上實現。很多基于實驗和理論計算的工作表明，二氧化碳還原過程中的中間產物，如*COOH和*OCHO，對銅基催化劑二氧化碳還原的產物選擇性具有決定性的作用。

然而，很少有研究通過系統性的設計銅基催化劑來促進特定中間產物的生成，進而實現對產物選擇性的控制。因此，我們設計了一種還原-氧化-還原的催化劑處理方法，通過氧化還原的過程來促進銅催化劑表面的重構，這項工作第一次實現了對*COOH和*OCHO中間產物及其最終產物的高效生產。本文中催化劑重構的策略為未來催化劑的設計和二氧化碳還原機理的研究提供了方向。

文章簡介

在這里，來自澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）的韓兆軍博士與新南威爾士大學的Rose Amal院士，在國際知名期刊ACS Catalysis上發表題為“Reconstructing Cu Nanoparticle Supported on Vertical Graphene Surfaces via Electrochemical Treatment to Tune the Selectivity of CO2 Reduction toward Valuable Products”的文章。該文章報道了一種負載于垂直石墨烯上銅基催化劑的重構改性方法：還原-氧化-還原預處理法，實現了銅基催化劑對二氧化碳還原活性的提高和選擇性的控制。

圖1. 通過調節催化劑預處理的電壓，實現對催化劑的重構改性，進而控制催化劑上不同的反應路徑

要點一：銅基催化劑選擇性提高

通過還原-氧化-還原預處理方法的電壓調節，實現了對催化劑晶體缺陷，氧空位，不飽和配位金屬點位的可控生成，進一步得到了高甲酸選擇性的催化劑和以*COOH為中間媒介產物的高選擇性催化劑。

要點二：催化劑重構的動態研究

首次通過原位同步輻射衍射研究，直接觀察到了催化劑重構過程中的氧化-還原/無定形化-重結晶過程，揭示了催化劑在重構過程中催化劑氧化態和晶界形成的動態變化。

要點三：催化機理的理論計算

結合原位表征和非原位表征手段，準確構建了Cu(111)/Cu2O(112)界面模型，揭示了其在調節不同二氧化碳還原反應路徑的重要作用。

原文鏈接：

Reconstructing Cu Nanoparticle Supported on Vertical Graphene Surfaces via Electrochemical Treatment to Tune the Selectivity of CO2 Reduction toward Valuable Products

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c05431