孙宇杰/江德恩Nature子刊：铜银催化剂电催化水还原与甲醛氧化双重制氢

电解水制氢的广泛应用受到电压较高和能量转换效率低的限制。基于此，美国辛辛那提大学孙宇杰副教授，美国加州大学河滨分校江德恩教授（共同通讯作者）等人报道了一种双金属Cu₃Ag₇电催化剂。用于在电解池的阳极高效制H₂，并将甲醛的部分氧化与水的还原结合起来，实现了阴阳双电极同时制氢，从而获得200 %的表观法拉第效率。

为了阐明双金属Cu₃Ag₇/CF（泡沫铜）相对于单金属Cu/CF和Ag/CF在电催化甲醛氧化阳极制氢中的性能改善，作者通过密度泛函理论（DFT）计算考察了反应过程中关键步骤的结构和能量。普遍接受的反应机理是甲醛首先在碱性溶液中水合和去质子化生成H₂C(OH)O阴离子，然后吸附在催化剂表面。生成的H₂C(OH)O*中间体通过C-H裂解脱氢生成HCOOH*和H*。

本文首先比较了H₂C(OH)O*中间体的相对吸附能，Cu₃Ag₇上的吸附能最低。O基团吸附在Cu₂Ag₁的中空位，俯视图显示出相对于Cu₂Ag₁位的明显交错构象的H₂COH基团，不同于Cu (111)和Ag (111)上更遮蔽的构象。三种模型表面上H₂C(OH)O*脱氢的能量图表明Cu₃Ag₇上C-H裂解要容易的多。C-H裂解后，两个H*形成H₂在Cu₃Ag₇上也很容易，能垒为0.66 eV。随后HCOOH*将从表面解吸，然后去质子化以在溶液中形成甲酸盐。

Dual hydrogen production from electrocatalytic water reduction coupled with formaldehyde oxidation via a copper-silver electrocatalyst. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36142-7.

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36142-7.

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