黄小青/焦锋/徐勇ACS Nano：Cu原子层与CeO2的界面协同，促进CO电还原为乙酸

通过电化学CO/CO₂还原反应(CORR/CO₂RR)将CO/CO₂转化为增值化学品是缓解能源危机和环境污染问题的有效方法。在过去的几十年中，人们致力于开发高效的CORR和CO₂RR催化剂，然而目前所开发的CO/CO₂电还原催化剂具有活性差、选择性低的缺点，尤其是对于C₂₊液体产物。铜已被报道为CORR生产C₂₊产品的唯一单金属催化剂，但其在CORR中生产单一的目标C₂₊产物，同时抑制副产物的形成仍具有挑战性。

近日，厦门大学黄小青、美国特拉华大学焦锋和广东工业大学徐勇等证明原子层状的铜原子喷涂到CeO₂纳米棒(Cu-CeO₂)上可以导致催化剂在CORR中具有增强的乙酸选择性。

具体而言，由于CeO₂中存在Cu-Ce(O_v)形式的氧空位(O_v)，界面处的Cu原子底层(以Cu⁺形式存在)与CeO₂中的Ce原子坐标相同，这是界面协同作用的结果。进一步的研究表明，这种强大的界面协同作用可以防止Cu⁺离子在CORR过程中被还原成Cu⁰。同时，Cu-Ce(O_v)能显著提高H₂O与CO的吸附/解离能力，使其与CO偶联生成乙酸盐，进而提高了CO电还原为乙酸的选择性。

因此，所制备的Cu-CeO₂催化剂在50-150 mA cm⁻²的电流密度范围内，乙酸的法拉第效率(FEs)大于50%(最大值为62.4%)，周转频率达到1477 h⁻¹，超过了Cu纳米颗粒修饰的CeO₂、CeO₂纳米棒以及其他Cu基催化剂。

此外，Cu-CeO₂在500 mA cm⁻²电流密度下连续工作100小时而没有发生明显的活性下降，并且反应后催化剂的形貌和组分也未发生明显变化，表明该催化剂具有优异的稳定性。总的来说，这项工作不仅为CO转化为高附加值C₂化学品提供了一种高选择性的催化剂，而且有望促进应用于材料科学、化学及其它领域的功能催化剂设计的基础研究。

Interfacial Synergy between the Cu Atomic Layer and CeO₂ Promotes CO Electrocoupling to Acetate. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c00817