電化學CO2轉(zhuǎn)化為增值多碳(C2+)化學品有望減少CO2排放和推進碳中和,但是由于C-C偶聯(lián)催化劑上的活性位點有限,實現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率和高選擇性仍然還面臨挑戰(zhàn)。基于此,國家納米科學技術(shù)中心唐智勇研究員等人報道了一種無定形CuSiO3包裹多孔CuO(p-CuSiO3/CuO),以最大化活性界面位點,從而有效地將CO2還原為C2+產(chǎn)物。p-CuSiO3/CuO催化劑在-1.2 V下的H-型電池中顯示出優(yōu)異的C2+法拉第效率(FE),在0.1 M KHCO3條件下為77.8%;在電流密度為400 mA cm-2、1 M KOH條件下的流動電池中,C2H4和C2+ FEs分別為82.0%和91.7%。通過密度泛函理論(DFT)計算表明,CuSiO3(201)中*COOH通過C與Cu原子結(jié)合在CuSiO3(201)/CuO(110)上的吸附比CuO(110)中的吸附更穩(wěn)定,導致*COOH的形成能相對于CuO(110)(1.56 eV)降低0.74 eV。在還原CO2RR過程中,作者利用帶羥基的CuSiO3(201)將Cu的價態(tài)調(diào)整為Cu+,用Cu(110)表示Cu0。因此,*CO與*COH耦合生成*OCCOH的關鍵描述符。此外,CuSiO3(201)/Cu(110)對*OCCOH的生成能為-0.06 eV,明顯低于Cu(110)(0.39 eV)。*CO-*COH偶聯(lián)在CuSiO3(201)/Cu(110)界面的最佳吸附構(gòu)型是羰基C與Cu(110)中的Cu原子結(jié)合,羥基C與CuSiO3(201)中的Cu原子連接。CuSiO3(201)/Cu(110)上CO2以ΔG=0.33 eV還原為*COOH,低于Cu(110)。因此,CuSiO3(201)/Cu(110)保留了更高的表面*CO覆蓋。*CO-*CO向*CO-*COH的轉(zhuǎn)化是速率決定步驟(RDS),界面的存在促進了質(zhì)子傳遞,使*CO加氫成為*COH,然后與相鄰的*CO偶聯(lián)??傊S富的界面激活CO2并促進關鍵的C2中間體*OCCOH的形成,有利于C2H4的合成。Efficient CO2 Electroreduction to Multicarbon Products at CuSiO3/CuO Derived Interfaces in Ordered Pores. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202305508.