陆奇/徐冰君/郑沐政ACS Catalysis: 实验+计算！拉曼惰性含氧物质在Cu上选择性增强电化学CO2还原为甲烷

用于CO₂还原反应(CO₂RR)的所有催化剂中，Cu是唯一能够将CO₂转化为大量碳氢化合物和含氧化合物的金属。虽然氧化处理可以提高铜催化形成含氧化合物和碳氢化合物的效率，但含氧物质对Cu催化剂的作用仍不清晰，阻碍了进一步利用这种方法来获得更具活性和选择性的铜催化剂。

基于此，清华大学陆奇、北京大学徐冰君和台湾成功大学郑沐政等通过试验和计算，证明含氧物质不仅能够提高CO₂RR的速率，而且还能调整某些产品的选择性。

在CO₂RR过程中，研究人员通过加入H₂O₂进行共电解，多晶铜箔上的CH₄的形成速率提高了200倍以上，而多碳化合物的提高则受到了限制。原位表面增强拉曼光谱(SERS)研究表明，在CO₂RR期间，电解质中存在H₂O₂能够稳定拉曼非活性部分氧化的Cu物质，这可能是选择性增强CH₄产生的原因。

ReaxFF分子动力学(ReaxFF MD)模拟和密度泛函理论(DFT)计算揭示了这种Cu表面氧化物物质在CH₄生产中的存在和有利作用，在Cu上引入含氧物质不仅有可能显着提高CO₂RR的总体速率，而且可以调整特定产物的选择性。因此，在CO₂RR中可控地引入稳定的部分氧化的Cu结构可能是一种有效的催化剂设计策略。

Selective Enhancement of Methane Formation in Electrochemical CO₂ Reduction Enabled by a Raman-Inactive Oxygen-Containing Species on Cu. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c00087