电催化CO₂还原被认为是最具有应用前景的CO₂转化技术之一。该工艺过程相对简单、无污染，而且所需的电能可以直接从太阳能、风能等可再生能源中转化获取，能够实现真正意义上的碳循环利用。从CO₂RR高选择性地制备理想的C2产品（例如乙烯）仍然是研究热点及难点。

成果简介

近日，多伦多大学的Edward H. Sargent教授团队报道了一种分子调控策略，通过用有机分子对电催化剂表面进行修饰，从而稳定反应中间体，以提高CO2RR转化为乙烯的选择性。芳基取代联吡啶及其衍生物对Cu催化剂进行修饰后可明显提高乙烯的选择性。该类分子改善了顶部结合的CO中间体的稳定性，从而有利于进一步还原为乙烯。

研究表明，乙烯选择性与Cu-x表面上CO吸附形态（顶部结合CO_atop与桥接CO_bridge）的比率之间呈火山型关系（图2a）。这与有机分子电子给体的供电子能力有关（图1c），正是由于联吡啶的给电子能力差异引起的。这一发现表明，顶部结合CO_atop比桥接CO_bridge更有利于*CO中间体的稳定。

为进一步揭示CO键合过程中活性位点与吸附形态的关系，通过DFT计算不同吸附中间态的反应能垒。结果表明，COatop与CObridge两种键合方式同时存在时，反应能垒最低（0.72 eV）。

该成果以“Molecular tuning of CO2-to-ethylene conversion ”为题于2019年11月20日在线发表于国际期刊Nature。

图文导读

图4 CO2RR制取乙烯反应的稳定性测试

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