將CO₂電化學(xué)還原為高價值碳氫化合物和含氧化合物是一種儲存間歇性可再生能源的有效技術(shù)。多種催化劑能夠催化CO₂向CO的轉(zhuǎn)化，而CO的進一步還原幾乎只發(fā)生在Cu上，并且單組分銅催化劑具有烴類和含氧化合物的高過電勢和低法拉第效率。結(jié)合CO₂在Au、Ag、單原子催化劑等上轉(zhuǎn)化為CO，在Cu上將CO進一步還原是實現(xiàn)高選擇性和高還原產(chǎn)物形成率的有前景的策略。

近日，南方科技大學(xué)顧均課題組本總結(jié)了CO形成催化劑對Cu基串聯(lián)體系中Cu催化劑上形成深度還原產(chǎn)物的影響，探討了兩種催化劑的空間分布與CO傳質(zhì)模式之間的相關(guān)性，并討論了CO傳質(zhì)如何影響CO的利用效率和高度還原產(chǎn)物的形成率。

CO₂到CO的過程和CO的進一步還原在串聯(lián)催化劑上解耦，因此，限制CO₂超過2個電子的還原動力學(xué)的線性比例關(guān)系可以被打破。CO形成催化劑可以在Cu催化劑附近產(chǎn)生局部過飽和的CO，這有利于通過*CO在低過電位條件下二聚形成C-C鍵，并提高C₂₊產(chǎn)物的形成速率。

除了為Cu催化劑產(chǎn)生CO外，CO形成催化劑還可能通過一些間接的方式影響Cu的催化性能，包括調(diào)節(jié)Cu的電子結(jié)構(gòu)、與Cu形成合金以及調(diào)節(jié)Cu催化劑附近的局部pH值，這些效應(yīng)還可能提高某些C₂₊產(chǎn)物的選擇性和部分電流密度。CO從CO生成催化劑到Cu催化劑的傳質(zhì)是CO₂級聯(lián)還原的關(guān)鍵步驟。對于在一個顆粒上具有兩種催化位點的催化劑，包括合金、異質(zhì)結(jié)構(gòu)和一種金屬在另一種金屬上的亞單層或島，*CO中間體的表面?zhèn)鬏斒强赡艿摹?/span>

當(dāng)CO傳質(zhì)遵循解吸-擴散-再吸附策略時，將Cu催化劑置于CO通量下游可以最大限度地提高CO的利用效率，從而提高深度還原產(chǎn)物的FE。以CO形成催化劑為核、多孔Cu作為殼的核殼結(jié)構(gòu)就是一個例子，因為從核產(chǎn)生的所有CO分子都必須通過殼催化劑擴散；而反向結(jié)構(gòu)，被CO形成催化劑包圍的Cu NPs，通常對CO的選擇性較高，對串聯(lián)還原產(chǎn)物的選擇性較低。

在反向結(jié)構(gòu)中，Cu NPs附近的局部CO濃度應(yīng)該高于包裹CO形成催化劑的Cu殼中的濃度，從而導(dǎo)致C₂₊的形成速率更高。最后，GDE上CO₂和CO的擴散方向與浸入溶液中的電極上的擴散方向相反，在微孔層上沉積Cu和在Cu上形成CO的催化劑有利于Cu層中所形成的CO的轉(zhuǎn)化。此外，在GDE后面有氣流通道的電池中，將CO形成催化劑放置在入口段可以最大限度地提高CO的利用效率。

Designing Cu-Based Tandem Catalysts for CO₂ Electroreduction Based on Mass Transport of CO Intermediate. ACS Catalysis, 2022. DOI:?