同時調節銅催化劑的表面結構和氧化態

來自可再生資源的電能可用于將二氧化碳(CO 2)和水分子中的鍵重排為復雜的碳氫化合物，然后將其燃燒以產生新的能源和CO 2，最終實現碳循環。銅是一種催化材料，已被發現有望實現該工藝并促進CO 2電還原反應(CO 2 RR)。

試圖了解控制CO 2 RR反應的參數時，兩個關鍵要素是明確定義的表面結構和已知的材料組成。過去的理論和實驗研究表明，Cu(100)表面有利于生成乙烯的CC連接路徑。

最近，研究人員注意到Cuδ+和地下氧在生產C2-C3碳氫化合物和醇方面起著關鍵的催化作用。然而，迄今為止，在進行CO 2電還原反應(CO 2 RR)所必需的條件下穩定銅已被證明是非常具有挑戰性的。

柏林Max-Plank學會的成員Fritz-Haber研究所的研究人員進行了旨在穩定Cu(I)，處于1+氧化態的銅的研究，以便更好地了解其在CO 2中的作用。RR反應。在最近發表在《自然能源》上的一篇論文中，他們報道了通過調節Cu(I)催化劑的結構和氧化態，可以提高使用銅生產乙醇的效率。

進行這項研究的研究人員之一Beatriz Roldan Cuenya對TechXplore表示：“到目前為止，事實證明在CO 2還原條件下穩定Cu(I)物種非常困難。” “我們研究的主要目標是能夠生成Cu(I)物種并將它們暫時穩定在明確定義的表面上，然后研究它們對CO 2 RR產物選擇性的影響。”

在他們的研究中，Roldan Cuenya和她的同事使用一種稱為脈沖電解的技術調整了銅催化劑的結構和氧化態。這項技術使他們能夠設計脈沖電勢序列，從而可以在CO 2 RR反應期間同時調節Cu催化劑的表面結構和組成。

研究人員監測了催化劑結構及其表面化學狀態的變化。這最終導致有關銅催化劑通過CO 2 RR反應生成烴的機理的有趣新發現。

Roldan Cuenya解釋說：“我們的發現表明，(100)個疇，缺陷部位和表面Cu 2 O的組合是增強CO 2 RR反應途徑從而導致C 2+產物的最佳構型。” “特別是，乙醇選擇性的提高可能與Cu(I)和Cu 0物種的共存有關，而乙烯收率則由Cu(100)臺階的長度決定。”

該研究人員小組最近進行的研究收集了一些有趣的新發現，這些發現為銅催化劑在促進CO 2電化學轉化中的作用提供了一些啟示。將來，Roldan Cuenya和她的同事使用的技術可用于調整受約束的表面結構和組成的電化學界面，從而可用于選擇性生產C 2產物。

Roldan Cuenya說：“在我們的下一個研究中，我們想探索連續再生Cu(I)物種對其他表面取向的影響，并最終將此脈沖方案應用于其他納米顆粒系統，以在實際電解槽中更實際地應用。”