電化學(xué)CO₂還原反應(yīng)(ECO₂RR)是一種可以通過整合可再生能源來生產(chǎn)可再生燃料的有效方法。在ECO₂RR期間，銅基催化劑會產(chǎn)生一系列增值的C₂₊產(chǎn)品，但產(chǎn)物的選擇性并不高。銅基氧化物衍生的催化劑(OD-Cu)已顯示出比未預(yù)氧化的金屬Cu催化劑更高的選擇性和活性，并且OD-Cu型催化劑上的配位不飽和的Cu位點(diǎn)是增強(qiáng)C₂₊生產(chǎn)的活性位點(diǎn)。然而，在堿性ECO₂RR條件下，配位不飽和的Cu位點(diǎn)的穩(wěn)定性在很大程度上仍未得到有效解決。

基于此，美國西北大學(xué)Linsey C. Seitz課題組制備了不同Sr-Cu比例和晶相的SrCu氧化物催化劑，以篩選出高效穩(wěn)定的ECO₂RR電催化劑。

研究人員使用重量比分別為1:2、4:5和2:1的CuO和SrO，通過高溫處理成功地將氧化銅(CuO)納米片轉(zhuǎn)化為結(jié)晶的氧化鍶銅顆粒。通過電化學(xué)性能測試，研究人員確定了一種SrCuO₂四方相催化劑，其對C₂₊產(chǎn)物具有高選擇性(在-0.83 V_RHE下表現(xiàn)出53%的C₂₊法拉第效率)，比具有相似尺寸和形態(tài)的Cu基材料提高了2倍。

通過光譜表征，提出了ECO₂RR條件下催化劑的轉(zhuǎn)化機(jī)制：雖然催化劑最初由結(jié)晶SrCuO₂組成，但暴露于1 M KOH中的還原電位會驅(qū)動(dòng)催化劑重建；Sr從表面浸出，O也被去除，結(jié)構(gòu)中剩余的Cu原子被困在原始晶格位置附近，并被粒子核心中剩余的Sr穩(wěn)定，從而穩(wěn)定了配位不足的金屬部分。這項(xiàng)工作表明，通過在晶格中摻入二次陽離子來調(diào)節(jié)氧化銅可以進(jìn)一步提高配位不飽和和高價(jià)態(tài)Cu位點(diǎn)的穩(wěn)定性，從而提高ECO₂RR性能。

Stabilization of Undercoordinated Cu Sites in Strontium Copper Oxides for Enhanced Formation of C₂₊ Products in Electrochemical CO₂ Reduction. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c01019