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CO₂電解制甲醇是一種潛在的接近零排放的碳中和途徑，但以往對含水電解質(zhì)的研究僅實(shí)現(xiàn)了較差的甲醇選擇性和產(chǎn)率?；诖?，中科院上海硅酸鹽研究所黃富強(qiáng)研究員和王家成研究員、復(fù)旦大學(xué)鄭耿鋒教授（供體通訊作者）等人報(bào)道了一種亞銅氰胺（Cu₂NCN）晶體，其中孤立Cu(I)離子與NCN^2?強(qiáng)烈共軛而具有高度離域電子，用于電化學(xué)催化CO₂合成甲醇（CH₃OH）。實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)，Cu₂NCN催化劑對CO₂轉(zhuǎn)化為CH₃OH的選擇性最高達(dá)70%，在水電解質(zhì)中的偏電流密度為-92.3 mA cm^-2，對應(yīng)的CH₃OH生成速率為0.160 μmol s^-1 cm^-2。

通過DFT計(jì)算，作者研究了Cu₂NCN(100)上與Cu₂O(100)上CO₂RR的選擇性。在Cu₂NCN上吸附*OH和*OCH₃時(shí)，O 2p的PDOS曲線在反鍵軌道上有明顯的峰移，表明Cu-O鍵的穩(wěn)定性低于Cu₂O上。在Cu₂NCN(100)上耦合兩個(gè)*CO生成C₂產(chǎn)物的上坡路能量計(jì)算為0.66 eV，比單個(gè)*CO加氫（兩個(gè)吸附*CO的1/2）多0.16 eV，表明在Cu₂NCN(100)上C₁途徑能量更有利。

此外，Cu₂O(100)上*CO耦合的自由能也大于C₁途徑的自由能（即1.88 vs 1.44 eV），表明C₁途徑是首選。在C₁途徑中，*CO加氫可生成*COH或*CHO兩個(gè)中間產(chǎn)物。

在Cu₂NCN(100)上，計(jì)算出*CHO的能量比*COH低0.81 eV，表明包含*CH₂OH的*COH途徑不如*CHO途徑有利。隨后的加氫反應(yīng)生成*OCH₂，然后到達(dá)Cu-*O-CH₃的臨界分岔點(diǎn)，CH₃OH優(yōu)先于CH₄形成。在Cu₂O(100)上，生成CH₄的能量比生成CH₃OH的能量高出1.74 eV。DFT計(jì)算結(jié)果表明，Cu₂NCN上的CO₂轉(zhuǎn)化為CH₃OH途徑是有利的，歸因于Cu電子態(tài)的離域化和Cu-O相互作用的減少。

Delocalization state-induced selective bond breaking for efficient methanol electrosynthesis from CO₂. Nat. Catal., 2022, DOI: 10.1038/s41929-022-00887-z.

https://doi.org/10.1038/s41929-022-00887-z.

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上硅所/復(fù)旦?Nat. Catal.：Cu2NCN助力CO2電合成甲醇

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