科学家同时调整了铜催化剂的表面结构和氧化态学术资讯

Cuδ+原位生长与二氧化碳选择性。

源自可再生能源的电能可以用于重组二氧化碳和水分子中的化学键，构成复杂的碳氢化合物。接着，碳氢化合物燃烧后可以产生新能源和二氧化碳，最终形成碳循环。铜作为一种催化材料，有望用于这一碳循环过程，以及促进二氧化碳的电还原反应（CO2RR）。

研究人员认为，催化剂的表面结构和材料组成是影响CO2RR的两个关键因素。此前的理论和实验研究表明，在Cu（100）表面生成乙烯的C—C偶联途径是非常有效的。近来，虽然有研究人员注意到了Cuδ+和次表面氧在C2-C3碳氢化合物与乙醇生产中的重要作用。但如何使铜在CO2RR过程中保持稳定极具挑战性。

《自然•能源》杂志报道，德国弗里茨-哈伯研究所的研究人员通过调整铜催化剂的结构和氧化态，使一价氧化态的铜[Cu(I)]更具稳定性，以使其更好地在CO2RR中发挥作用。研究人员Beatriz Roldan Cuenya接受TechXplore采访时表示：“目前，在二氧化碳还原过程中维持Cu（I）物种的稳定性是非常困难的。我们希望将Cu（I）物种短时间内稳定在一个明确的表面上，然后研究它对CO2RR产物选择性的影响。”

实验过程中，Cuenya等通过使用脉冲电解技术调整了铜催化剂的结构和氧化状态。这项技术能够形成一种脉冲电位序列，使他们可以在反应中同时调整铜催化剂的表面结构和组成。

研究人员对催化剂结构和表面化学状态变化情况进行了监测，最终取得了有关铜催化剂在CO2RR中作用机制的新发现。Cuenya解释说：“我们发现，（100）域、缺陷位点和表面Cu2O的结合，是增强C2+产物途径的最佳配置。尤其值得注意的是，乙醇选择性的增加可能与Cu（I）和Cu0的共存有关，而乙烯产量由Cu（100）域长决定。”

在未来，Cuenya等使用的技术或可以用于调整具有约束表面结构和组成的电化学界面。Cuenya说：“接下来，我们希望探索Cu（I）物种的持续再生对其他表面定向的影响，并最终将这种脉冲协议应用于其他纳米系统中。”

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编译：雷鑫宇

审稿：alone

责编：唐林芳

期刊来源：《自然•能源》

期刊编号：2058-7546

原文链接：

https://techxplore.com/news/2020-04-simultaneously-tuning-surface-oxidation-state.html