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胺功能化的铜催化剂:氢键介导的电化学CO_(2)还原为C_(2)产物以及优越的可充电Zn-CO_(2)电池性能
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作者 项东 李坤振 +3 位作者 苗康华 龙冉 熊宇杰 康雄武 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第8期43-46,共4页
有机分子功能化是一种有前景的策略,用于调控电化学CO_(2)还原反应(eCO_(2)RR)的C_(2+)产物选择性和活性。然而,我们对于电化学CO_(2)还原调控机制的分子水平理解仍然不够清晰。在本文中,我们成功制备了铜纳米颗粒,并使用一系列胺类衍生... 有机分子功能化是一种有前景的策略,用于调控电化学CO_(2)还原反应(eCO_(2)RR)的C_(2+)产物选择性和活性。然而,我们对于电化学CO_(2)还原调控机制的分子水平理解仍然不够清晰。在本文中,我们成功制备了铜纳米颗粒,并使用一系列胺类衍生物(如十六胺(HAD)、N-甲基十六胺(N-MHDA)、十六烷基二甲胺(HDDMA)和十六酰胺(PMM))对其进行功能化,以系统地研究胺表面活性剂分子结构对eCO_(2)RR选择性和活性的影响。结果表明,HDA的功能化可以将C_(2)产物和C_(2)H_(4)的法拉第效率(FE)提高至73.5%和46.4%,并且在−0.9 V vs.RHE(可逆氢电极)电位下,C_(2)产物的分电流密度为131.4 mA·cm^(−2)。理论研究发现,HDA通过与CO_(2)和eCO_(2)RR中间体之间的氢键相互作用,富集了^(*)CO_(2)、^(*)CO和其他反应中间体,降低了CO―CHO耦合反应的动力学能垒,从而促进了eCO_(2)RR向C_(2)产物的转化。当胺基的H原子被甲基取代后,氢键相互作用减弱,竞争的析氢反应加剧。PMM通过Cu―O键与Cu表面发生键合,而不是通过Cu―N键,导致Cu-PMM更倾向于产乙醇。原位拉曼光谱显示,在Cu-HDA表面,CO主要吸附在Cu的顶位吸附位点上,与在Cu表面上的桥式吸附不同,这可能是因为前者表面对CO的富集引发了CO的吸附构型变化。HDA功能化还提高了Cu催化剂的表面pH。基于Cu-HDA组装的可充电Zn-CO_(2)电池在放电电流密度为16 mA∙cm^(−2)时,最大功率密度为6.48 mW∙cm^(−2),并具有长达60 h的良好充放电稳定性。本研究的重点在于通过在分子水平上调节Cu基材料的CO_(2)RR活性和选择性,促进CO_(2)-C_(2)的转化,这可能为提高C_(2)产物的产率提供新的见解。 展开更多
关键词 二氧化碳还原 cO―cHO耦合 有机分子功能化 原位拉曼 c_(2)产物 Zn-cO_(2)电池
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Exploring the impact of Nafion modifier on electrocatalytic CO_(2) reduction over Cu catalyst 被引量:1
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作者 Yingshi Su Yonghui Cheng +6 位作者 Zhen Li Yanjia Cui Caili Yang Ziyi Zhong Yibing Song Gongwei Wang Lin Zhuang 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期543-551,I0012,共10页
Nafion as a universal polymer ionomer was widely applied for nanocatalysts electrode preparation.However,the effect of Nafion on electrocatalytic performance was often overlooked,especially for CO_(2)electrolysis.Here... Nafion as a universal polymer ionomer was widely applied for nanocatalysts electrode preparation.However,the effect of Nafion on electrocatalytic performance was often overlooked,especially for CO_(2)electrolysis.Herein,the key roles of Nafion for CO_(2)RR were systematically studied on Cu nanoparticles(NPs)electrocatalyst.We found that Nafion modifier not only inhibit hydrogen evolution reaction(HER)by decreasing the accessibility of H_(2)O from electrolyte to Cu NPs,and increase the CO_(2)concentration at electrocatalyst interface for enhancing the CO_(2)mass transfer process,but also activate CO_(2)molecule by Lewis acid-base interaction between Nafion and CO_(2)to accelerate the formation of^(*)CO,which favor of C–C coupling for boosting C_(2)product generation.Owing to these features,the HER selectivity was suppressed from 40.6%to 16.8%on optimal Cu@Nafion electrode at-1.2 V versus reversible hydrogen electrode(RHE),and as high as 73.5%faradaic efficiencies(FEs)of C_(2)products were achieved at the same applied potential,which was 2.6 times higher than that on bare Cu electrode(~28.3%).In addition,Nafion also contributed to the long-term stability by hinder Cu NPs morphology reconstruction.Thus,this work provides insights into the impact of Nafion on electrocatalytic CO_(2)RR performance. 展开更多
关键词 Nafion modifier cO_(2)reduction cu nanoparticles In situ ATR-SEIRAS c_(2)product
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Gas diffusion in catalyst layer of flow cell for CO_(2) electroreduction toward C_(2+) products
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作者 Xiqing Wang Qin Chen +10 位作者 Yajiao Zhou Yao Tan Ye Wang Hongmei Li Yu Chen Mahmoud Sayed Ramadan A.Geioushy Nageh K.Allam Junwei Fu Yifei Sun Min Liu 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2024年第3期1101-1106,共6页
The use of gas diffusion electrode(GDE)based flow cell can realize industrial-scale CO_(2) reduction reactions(CO_(2)RRs).Controlling local CO_(2) and CO intermediate diffusion plays a key role in CO_(2)RR toward mult... The use of gas diffusion electrode(GDE)based flow cell can realize industrial-scale CO_(2) reduction reactions(CO_(2)RRs).Controlling local CO_(2) and CO intermediate diffusion plays a key role in CO_(2)RR toward multi-carbon(C_(2+))products.In this work,local CO_(2) and CO intermediate diffusion through the catalyst layer(CL)was investigated for improving CO_(2)RR toward C_(2+)products.The gas permeability tests and finite element simulation results indicated CL can balance the CO_(2) gas diffusion and residence time of the CO intermediate,leading to a sufficient CO concentration with a suitable CO_(2)/H_(2)O supply for high C_(2+)products.As a result,an excellent selectivity of C_(2+)products~79%at a high current density of 400 mA·cm^(-2) could be obtained on the optimal 500 nm Cu CL(Cu500).This work provides a new insight into the optimization of CO_(2)/H_(2)O supply and local CO concentration by controlling CL for C_(2+)products in CO_(2)RR flow cell. 展开更多
关键词 gas diffusion electrode cO_(2)reduction cu mass transfer c_(2)product
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Modified TiO_(2)/In_(2)O_(3) heterojunction with efficient charge separation for visible-light-driven photocatalytic CO_(2) reduction to C_(2) product
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作者 Mengfang Liang Xiaodong Shao +8 位作者 Ji Yoon Choi Young Dok Kim Trang Thu Tran Jeongyong Kim Yosep Hwang Min Gyu Kim Yunhee Cho Sophia Akhtar Hyoyoung Lee 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第11期714-720,共7页
Utilizing sunlight to convert CO_(2) into chemical fuels could address the greenhouse effect and fossil fuel crisis,Heterojunction structure catalysts with oxygen vacancy are attractive in the field of photocatalytic ... Utilizing sunlight to convert CO_(2) into chemical fuels could address the greenhouse effect and fossil fuel crisis,Heterojunction structure catalysts with oxygen vacancy are attractive in the field of photocatalytic CO_(2) conversion.Herein,a modified TiO_(2)/In_(2)O_(3)(R-P2 5/In_(2)O_(3-x)) type Ⅱ heterojunction composite with oxygen vacancies is designed for photocatalytic CO_(2) reduction,which exhibits excellent CO_(2) reduction activity,with a C_(2) selectivity of 56.66%(in terms of R_(electron)).In situ Fourier-transform infrared spectroscopy(DRIFTS) and time-resolved photoluminescence(TR-PL) spectroscopy are used to reveal the intermediate formation of the photocatalytic mechanism and photogenerated electron lifetime,respectively.The experimental characterizations reveal that the R-P25/In_(2)O_(3-x) composite shows a remarkable behavior for coupling C-C bonds.Besides,efficient charge separation contributes to the improved CO_(2) conversion performance of photocatalysts.This work introduces a type Ⅱ heterojunction composite photocatalyst,which promotes understanding the CO_(2) reduction mechanisms on heterojunction composites and is valuable for the development of photocatalysts. 展开更多
关键词 HETEROJUNcTION Oxygen vacancy Photocatalytic cO_(2)reduction c_(2)product charge separation
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富氧空位的非晶氧化铜高选择性电催化还原CO_(2)制乙烯 被引量:1
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作者 韦天然 张书胜 +3 位作者 刘倩 邱园 罗俊 刘熙俊 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第2期100-108,共9页
过量化石能源的消耗导致大气中的二氧化碳含量不断上升,由此引发包括温室效应在内的环境问题。对此,常温常压下的电催化二氧化碳还原手段为制备高附加值的化工原料和实现碳循环提供了一种很有前景的技术储备。在众多的二氧化碳还原产物... 过量化石能源的消耗导致大气中的二氧化碳含量不断上升,由此引发包括温室效应在内的环境问题。对此,常温常压下的电催化二氧化碳还原手段为制备高附加值的化工原料和实现碳循环提供了一种很有前景的技术储备。在众多的二氧化碳还原产物中,碳氢化合物尤其是乙烯,它作为塑料和其他化工产品的重要原料受到广泛的关注。电催化二氧化碳还原制乙烯工艺不仅可适配于现有的生产设备也可作为取代目前工业化的裂解方法。近年来,研究者们为了开发高效的电催化二氧化碳还原制乙烯催化剂开展了大量的研究。不过值得注意的是,大部分研究集中于铜基材料。尽管目前研究者取得了很多成果,但仍缺少可高选择性产乙烯的二氧化碳还原催化剂。如何设计出可活化二氧化碳分子,同时对*CO和*COH中间物有强吸附能力的催化剂是研究难点。针对此问题,本文中通过真空蒸镀的方法制备出一种富氧空位的非晶氧化铜纳米薄膜催化剂。受益于纳米薄膜的构建和氧空位的引入,该催化剂可快速进行电荷和物质的交换,并利于二氧化碳分子的吸附及优化还原中间产物的亲和力,进而表现出优异的电催化二氧化碳制乙烯的性能。结果表明,在加有0.1 mol·L^(−1)碳酸氢钾溶液的H型电解池中测试中,该催化剂在相对于可逆氢电极电势为−1.3 V的产乙烯法拉第效率可达85%±3%。此外,该催化剂在长达48 h的电催化还原过程中仍可保持高的乙烯选择性。这些指标与已报道的最好的铜基催化剂的性能相当。另外,结构和化学手段表明该催化剂在电解反应中可保持良好的稳定性。进一步,我们测试了该催化剂在膜电极体系的性能,结果表明该催化剂的最大乙烯局部电流密度可达115.4 mA·cm^(−2)(操作电压为−1.95 V),最高法拉第效率可达78%±2%(操作电压为−1.75 V)。理论和实验结果证� 展开更多
关键词 二氧化碳固定 二碳产物 电催化 非晶催化剂 铜氧化物
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How to select heterogeneous CO_(2)reduction electrocatalyst 被引量:14
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作者 Ji Shen Dingsheng Wang 《Nano Research Energy》 2024年第1期38-77,共40页
As an important part of carbon neutralization,carbon dioxide electroreduction reaction(CO_(2)RR)can convert CO_(2)into high value-added chemicals and fuels to realize the recycling of carbon resources and solve the pr... As an important part of carbon neutralization,carbon dioxide electroreduction reaction(CO_(2)RR)can convert CO_(2)into high value-added chemicals and fuels to realize the recycling of carbon resources and solve the problem of environmental pollution.Therefore,exploring the element species and surface structure of the catalyst plays a central role in improving the performance of the catalyst,enhancing the CO_(2)conversion efficiency and forming C1 and C_(2+)products.Here,we summarize the recent progress in the selective regulation of CO_(2)RR reaction products by different elements.In particular,we emphasize the structure-property relationship of CO_(2)RR by the microenvironment of metal center and substrate,heteroatom doping,hydrogen bond network of metal-free polymer,and construction of heterogeneous catalytic system.At the same time,the recent advances for the identification of CO_(2)RR active sites and mechanistic studies on the process of reducing CO_(2)conversion to different products are reviewed,as well as a comprehensive review to the final products.Finally,we outline the inevitable challenges faced by CO_(2)RR and present our own recommendations aimed at contributing to CO_(2)resource utilization. 展开更多
关键词 cO_(2)RR c_(1)product c_(2+)product ELEcTROcATALYST electrochemical performances
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缺陷CuAg催化剂的构筑及电催化CO_(2)还原制备C_(2+)产物
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作者 井慧芳 刘毅 +5 位作者 房强 郎学磊 郝根彦 钟达忠 李晋平 赵强 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期156-165,共10页
通过电化学还原Ag/Cu(OH)2构筑得到了富含缺陷位点的Ag/Cu-OH催化剂,与Ag/CuO前驱体电化学还原获得的Ag/Cu-O相比,其表现出更好的电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)制备C_(2+)产物的选择性.在H型电解槽(H-cell)中评估了催化剂的电催化性... 通过电化学还原Ag/Cu(OH)2构筑得到了富含缺陷位点的Ag/Cu-OH催化剂,与Ag/CuO前驱体电化学还原获得的Ag/Cu-O相比,其表现出更好的电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)制备C_(2+)产物的选择性.在H型电解槽(H-cell)中评估了催化剂的电催化性能,Ag2%/Cu-OH表现出比Ag2%/Cu-O高1.5倍的乙烯(C_(2)H_(4))法拉第效率(FE)和高1.3倍的C_(2+)法拉第效率.在接近实际应用的膜电极组件(MEA)中,Ag2%/Cu-OH在高达375 mA/cm^(2)的电流密度下,表现出高达56.2%的C_(2)H_(4)法拉第效率.Ag2%/Cu-OH性能的提高不仅归因于Cu和Ag之间的协同作用,还归因于具有更多的低配位Cu缺陷位点,低配位Cu有利于*CO的吸附,进一步促进了^(*)CO二聚为C_(2+)产物. 展开更多
关键词 二氧化碳还原反应 电催化 缺陷位点 乙烯产物 c_(2+)产物
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光催化二氧化碳还原制多碳产物的先进光催化剂设计与机制:现状与挑战
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作者 杜晨宇 盛剑平 +4 位作者 钟丰忆 何烨 Vitaliy P.Guro 孙艳娟 董帆 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期25-41,共17页
在可持续碳资源利用的研究中,光催化CO_(2)转化为高附加值化学品的前景日益凸显.相较于常见的CO_(2)还原产物如甲烷、一氧化碳或甲酸,具有两个或更多碳原子的C_(2+)化合物因其具有更高的附加值而备受关注.然而,目前的研究面临着C–C偶... 在可持续碳资源利用的研究中,光催化CO_(2)转化为高附加值化学品的前景日益凸显.相较于常见的CO_(2)还原产物如甲烷、一氧化碳或甲酸,具有两个或更多碳原子的C_(2+)化合物因其具有更高的附加值而备受关注.然而,目前的研究面临着C–C偶联过程和多质子耦合电子转移效率的限制,导致光催化CO_(2)的还原反应产物主要为C1化合物.常规光催化剂难以突破这些动力学和热力学壁垒,导致目标产物C_(2+)化合物的生成量远低于实际工业应用所需要的水平.因此,开发具有良好性能的光催化剂,以实现C_(2+)化合物的高效制备,仍是当前面临的重要科学挑战.本文系统性地概述了光催化CO_(2)还原为C_(2+)化合物领域的最新研究进展.首先,从光催化的基本原理及C_(2+)产物的生成路径出发,在光催化剂设计方面,为突破C–C偶联和多质子耦合电子转移的限制,需要解决以下问题:(1)关键中间产物的生成与吸附转移;(2)活性位点对于中间产物的选择性;(3)光生电子的寿命与定向转移.随后,详细介绍了高效、高选择性光催化剂的合理设计策略,包括缺陷工程、双金属位点、表面等离子体共振以及异质结构造等.同时,深入探讨了C–C偶联和多电子偶联的质子转移过程的催化机制.最后,展望了光催化CO_(2)还原制C_(2+)高附加值产物的未来研究方向,催化剂设计与机制研究的关键方向包括:(1)设计高选择性和高效吸附*CO中间体的活性位点,以提升催化性能;(2)设计具有轨道匹配的双活性位点以减少邻近*CO中间体间的静电排斥,促进C–C耦合;(3)从分子轨道相互作用角度深入理解C–C耦合和电子转移过程,揭示反应机制;(4)鉴别反应过程中的自由基组分,阐明多质子耦合电子转移过程的机理.综上所述,本文系统地梳理了光催化CO_(2)还原制C_(2+)高附加值产物的研究进展、关键问题、催化剂设计原理以及未� 展开更多
关键词 cO_(2)还原 c_(2+)产物 光催化 活性位 反应机理
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光催化剂活性位点调控及其光还原CO_(2)制C_(2+)产物研究进展 被引量:1
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作者 刘科宜 陈巧玲 +2 位作者 孙容 王佳忍 郑毅 《分子催化》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期389-396,I0003,I0004,共10页
工业发展与人类活动导致大气中CO_(2)浓度逐年升高,引发一系列生态环境问题.将CO_(2)光催化转化为高附加值化学物质不仅有利于缓解环境压力,也可以带来额外经济价值.然而,由于多电子利用效率低和C―C偶联动力学缓慢,光还原CO_(2)制多碳... 工业发展与人类活动导致大气中CO_(2)浓度逐年升高,引发一系列生态环境问题.将CO_(2)光催化转化为高附加值化学物质不仅有利于缓解环境压力,也可以带来额外经济价值.然而,由于多电子利用效率低和C―C偶联动力学缓慢,光还原CO_(2)制多碳产品面临产率低和选择性差等挑战.光催化剂活性位点调控能够有效解决上述问题.我们综述了近几年用于光还原CO_(2)催化剂表面活性位点设计的研究进展,主要包括缺陷位点、金属位点以及掺杂位点等,从活性位点的角度为光还原CO_(2)催化剂设计提供新视角,并对开发高效光催化剂具有启发意义. 展开更多
关键词 光催化cO_(2)还原 活性位点 cc偶联 c_(2+)产物
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A Stable Copper-based Metal-Azolate Framework for Efficient Electroreduction of CO_(2)to C_(2+)Products
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作者 LIU Yuan-Yuan ZHU Hao-Lin +1 位作者 LIAO Pei-Qin CHEN Xiao-Ming 《Chemical Research in Chinese Universities》 SCIE CAS CSCD 2024年第4期664-669,共6页
Driven by renewable or excess electrical energy,electrochemical CO_(2)reduction reaction(eCO_(2)RR)represents a promising carbon-neutral approach to generating valuable low-carbon fuels by consuming CO_(2)and H_(2)O.C... Driven by renewable or excess electrical energy,electrochemical CO_(2)reduction reaction(eCO_(2)RR)represents a promising carbon-neutral approach to generating valuable low-carbon fuels by consuming CO_(2)and H_(2)O.C_(2+)products are one of the most economically valuable products among the reduction species of eCO_(2)RR,but there are still some challenges,such as low selectivity or low current density.In this work,we showed that a copper-based metal-azolate framework(MAF),denoted as MAF-203,exhibits the high performance of eCO_(2)RR to yield C_(2+)products with the Faradaic efficiency(C_(2+))of 52.5%and a current density of 660 mA/cm^(2)at-1.2 V vs.RHE in a flow cell device under alkaline condition.Controlled experiment,in situ infrared spectroscopy and the density functional theory(DFT)calculations showed that the electron donating effect of methyl substituents on organic ligands of the copper-based MAF could enhance the ligand field and activation of key intermediates(*CO and*CHO species),thus promoting the coupling of*CO and*CHO for yielding C_(2+)products. 展开更多
关键词 Metal-organic framework carbon dioxide ELEcTROREDUcTION c_(2+)product Metal-azolate framework
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铜基催化剂电催化高效还原CO_(2)制备C_(2+)产物的调控策略 被引量:2
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作者 杨焕焕 李诗颖 许群 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期32-65,共34页
电催化CO_(2)还原,可利用太阳能、风能等可再生能源产生的清洁电能驱动CO_(2)在常温常压下绿色高效地转化为甲烷,甲醇、乙烯和乙醇等化学品.其中,多碳产物(C_(2+)产物)因能量密度大、附加值高而备受关注.Cu可以有效吸附中间体CO,促进C-... 电催化CO_(2)还原,可利用太阳能、风能等可再生能源产生的清洁电能驱动CO_(2)在常温常压下绿色高效地转化为甲烷,甲醇、乙烯和乙醇等化学品.其中,多碳产物(C_(2+)产物)因能量密度大、附加值高而备受关注.Cu可以有效吸附中间体CO,促进C-C键偶联,是目前公认的可以有效催化CO_(2)转化为C_(2+)还原产物的金属,但反应涉及多电子转移、质子耦合、路径复杂,加之水相体系中析氢副反应的影响,C_(2+)产物选择性差.本文以CO_(2)还原过程中的四个关键步骤为主线,综述了Cu基催化剂表面结构的改性策略,以提高CO_(2)还原制备C_(2+)产物性能,并深入分析了催化剂表面结构与性能之间的构效关系.(1)抑制析氢:通过有机层修饰及形貌调控对催化剂表面进行疏水改性,抑制H2O传输,同时促进CO_(2)扩散.(2)促进CO_(2)吸附活化:Cu与CO_(2)捕获材料复合,可以有效促进CO_(2)吸附;卤素离子可以提供孤对电子给CO_(2),形成X-C键(X=F^(-),Cl^(-),Br^(-),I^(-)),促进CO_(2)的吸附及活化.(3)调控CO中间体的生成及吸附性能:Cu与CO高选择性催化剂复合构建双功能串联催化剂,可以有效提高催化剂表面CO浓度及覆盖度;催化剂表面增强的局部热-电场效应可促进CO中间体的吸附及耦合;线性吸附的CO和桥式吸附的CO共存,以及低频线性吸附的CO可以有效进行耦合,促进C_(2+)产物生成.(4)促进C-C耦合成键:C-C耦合是生成C_(2+)产物最关键的一步,限域形貌结构,可以有效提高中间产物在催化剂表面的浓度及保留时间,提高C-C耦合几率;氧化物衍生铜、杂原子掺杂和有机分子修饰等可以调控催化剂表面铜物种价态,Cu^(δ+)和Cu^(0)协同,可以促进CO_(2)活化,增强CO中间体吸附,降低C-C耦合能垒;空位、晶界和台阶等缺陷可以改变C1中间体在催化剂表面的吸附性能,降低C-C耦合能垒;Cu单原子催化剂较高的原子利用率以及Cu原子与配位原子协同可 展开更多
关键词 铜基催化剂 二氧化碳电还原 表面工程 c_(2+)产物 改性策略
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银修饰铜纳米阵列用于电催化还原CO_(2) 被引量:2
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作者 乔华建 李天治 +2 位作者 安赛 刘德宇 周扬 《化学试剂》 CAS 北大核心 2023年第4期113-119,共7页
二氧化碳的电化学转化为气态或液体燃料具有存储可再生能源以及减少碳排放的潜力。报道了一种Ag修饰Cu纳米阵列作为二氧化碳电化学还原催化剂的简单合成方法。首先,在铜箔上通过阳极氧化生成Cu(OH)_(2)纳米阵列,然后经过原位电化学还原... 二氧化碳的电化学转化为气态或液体燃料具有存储可再生能源以及减少碳排放的潜力。报道了一种Ag修饰Cu纳米阵列作为二氧化碳电化学还原催化剂的简单合成方法。首先,在铜箔上通过阳极氧化生成Cu(OH)_(2)纳米阵列,然后经过原位电化学还原得到Cu纳米阵列,最后通过Cu纳米阵列和Ag+前驱体之间的电化学置换来生成Ag修饰的Cu纳米阵列。Ag修饰铜纳米阵列增强了电化学还原二氧化碳的催化性能,相较于未经修饰的铜纳米阵列,Ag修饰Cu纳米阵列电催化还原CO_(2)生成C_(2)H_(4)的法拉第效率提升了158%,同时,修饰后的电极对于C_(2+)产物的选择性提升了121%。其对CO_(2)电催化性能的提升和对氢气的抑制归因于Ag和Cu的协同催化效应。 展开更多
关键词 铜纳米阵列 协同作用 二氧化碳还原 电催化 c_(2+)产物
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具有丰富晶界的铜催化剂在气-液平衡扩散电极上高效电还原CO_(2)制C_(2)H_(4)
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作者 卞磊 张紫阳 +3 位作者 田昊 田娜娜 马智 王中利 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期199-211,共13页
电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)可以将二氧化碳转化为具有高经济价值的碳氢化合物,被认为是实现碳中和并缓解能源危机的一种有潜力的技术.铜(Cu)作为一种最有应用前景的非贵金属催化剂之一,表现出较高的催化CO_(2)RR转化为多碳产物(C... 电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)可以将二氧化碳转化为具有高经济价值的碳氢化合物,被认为是实现碳中和并缓解能源危机的一种有潜力的技术.铜(Cu)作为一种最有应用前景的非贵金属催化剂之一,表现出较高的催化CO_(2)RR转化为多碳产物(C_(2+))的活性.然而,电催化CO_(2)还原成C_(2+)产物涉及一个动力学过程缓慢的C-C偶联反应,这导致C_(2+)产物的选择性较低,电流密度低,阻碍了其在工业电解槽中的实际应用.同时,CO_(2)RR产物的选择性不仅取决于热力学速率决定步骤,还取决于传质控制动力学.CO_(2)RR发生在固-气-液三相反应界面,气-液的平衡扩散可以有效抑制析氢竞争反应,进而提高CO_(2)RR的反应效率.本文设计合成了一种富晶界的Cu纳米带催化剂,并构建了气-液平衡扩散的电极结构,用于高效电催化二氧化碳还原制备乙烯(C_(2)H_(4)).以一种碱式碳酸铜(Cu_(2)CO_(3)(OH)_(2))纳米带为前驱体,在原位电化学还原条件下,前驱体中的Cu2+离子获得电子被还原为金属Cu,而释放的CO_(3)2-和OH-混合阴离子调节金属Cu的生长.生成的Cu纳米带由细小的纳米颗粒堆积而成,并暴露出大量的由Cu(111),Cu(200)和Cu(220)晶面形成的富晶界结构(GBs).同时,在CO_(2)RR测试中发现催化剂层的厚度是影响CO_(2)和电解质传质的关键因素.通过调整催化层厚度,CO_(2)和电解质可以同时到达催化剂表面,参与到CO_(2)RR中,实现了气-液平衡扩散,有效抑制了氢析出副反应.在晶界效应和气-液平衡扩散的协同作用下,优化后的电极在电流密度为700 mA cm^(-2)时,对C_(2)H_(4)和C_(2+).产物的法拉第效率分别高达67.2%和82.1%.此外,C_(2)H_(4)的部分电流密度可高达505 mA cm^(-2),高于大多数文献报道的结果.原位拉曼光谱和衰减全内反射表面增强红外吸收光谱结果表明,丰富的晶;界结构增强了CO_(2)在催化剂表面的活化,显著促进了*CO中间体的形� 展开更多
关键词 电催化二氧化碳还原 乙烯 c_(2+)产物 晶界 气-液扩散
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