中國科學院大連化學物理研究所的CO2電催化制乙烯等C2+化學品研究獲進展

近日，中國科學院大連化學物理研究所的研究團隊在CO2電催化還原研究方面取得進展，可實現高效制備C2+化學品。相關研究成果發表于《德國應用化學》雜志。

CO2電催化還原反應利用清潔電能將CO2和水在溫和條件下轉化為燃料和化學品，可同時實現碳循環利用和可再生能源存儲。該反應產物種類繁多，與CO和甲酸等C1產物相比，乙烯、乙醇和丙醇等C2+產物具有更高的能量密度和附加值，但將CO2電催化轉化為C2+產物涉及到多質子-多電子轉移，反應中間物種復雜，碳-碳偶聯困難，造成產物選擇性和生成速率較低。如何在工業級電流密度下提高生成C2+產物的法拉第效率是目前CO2電催化還原研究亟待解決的關鍵問題之一。

該研究團隊制備了一種具有豐富Cu0/Cu+界面的Cu-CuI復合催化劑，用于CO2電催化還原制備C2+化學品。在流動電解池中，該復合催化劑的最高C2+產物法拉第效率達到71%，在1.0 V vs.RHE(可逆氫電極)電壓時，C2+分電流密度為591 mA/cm2，高于單獨的Cu或CuI催化劑；在0.8 V vs.RHE電壓時，其幾何電流密度在85 h測試中穩定在約550 mA/cm2，乙烯和C2+產物的法拉第效率略有下降。

催化劑結構表征結果表明，Cu-CuI復合催化劑在強堿性電解質和電極電勢的誘導下發生明顯重構。結合控制實驗和密度泛函理論計算結果發現，重構后催化劑表面上的Cu+和吸附碘物種是促進Cu-CuI復合催化劑上高效制備C2+產物的主要原因。吸附碘物種一方面穩定Cu+物種促進C-C偶聯，另一方面通過影響*CO吸附強度直接促進C-C偶聯。該研究為高效CO2電催化還原催化劑的設計和制備提供了新思路。……