南昌大学，Advanced Science：硼催化位点-提高二氧化碳电还原制乙烯和乙醇的精度性

第一作者：余福清

通讯作者：王红明*

单位：南昌大学

铜基催化剂电还原CO₂转化为有价值的多碳燃料和化学品前景广阔。但实现对特定 多碳产物（如乙烯和乙醇）的精确选择性仍然是一项艰巨的挑战。为了应对这一挑战，我们采用了串联催化体系，*CO是多碳产物生成途径中的关键中间产物，控制 *CO 的局部浓度有助于阐明催化途径并扩大催化产物的优势。因此，我们引入了额外的 CO 源，并定制了 Cu 基底物，以方便各催化位点直接接触反应中间产物。本篇工作研究了镍单原子催化剂与铜基底在不同比例掺杂下的性能优化，并在此串联体系下，讨论了铜基底催化剂中掺杂元素的分布影响电还原多碳产物选择性的机理研究。

近日，来自南昌大学的王红明，在国际知名期刊《Advanced Science》上发表题为”Enhancing CO2 Electroreduction Precision to Ethylene and Ethanol: The Role of Additional Boron Catalytic Sites in Cu-Based Tandem Catalysts”的观点文章。该观点文章分析了镍单原子催化剂与铜基底在不同比例掺杂下的性能优化，以及铜基底催化剂中掺杂元素对电还原多碳产物的选择性的机理研究。

镍单原子催化剂（Ni-SAC）被用作CO源，其引入增加了局部CO浓度，同时抑制了氢气演化反应（HER）。这种协同效应不仅促进了C²⁺产品的生成，还有效减少了副反应的发生，提升了整体的电催化效率。此外，Ni-SAC的使用使得反应的选择性得到了显著提高，为在实际应用中优化CO₂电催化反应提供了新的思路。

本研究探讨了在铜（Cu）催化剂中掺入元素硼（B）的效果，结果显示，B的引入显著提高了催化剂对多碳（C²⁺）产物的选择性。具体而言，B-O-Cu₂@Ni-SAC0.05催化剂在中性电解质中实现了72%的法拉第效率，用于乙烯的生成，而B-O-Cu₅@Ni-SAC0.2则达到了48%的乙醇法拉第效率。这种显著提升的表现表明，B的掺杂不仅优化了催化剂的结构，还提高了其反应活性和选择性，展现出优越的应用潜力。

研究结合了实验数据和密度泛函理论（DFT）计算，深入探讨了表面B掺杂对催化反应机理的影响。研究发现，掺杂的B增强了*CO的表面覆盖，降低了C-C耦合的能垒，从而促进了乙烯和乙醇的形成。这一发现不仅丰富了对反应机制的理解，也为后续催化剂的设计提供了宝贵的理论依据，促进了更高效的催化系统的发展。

该研究强调了利用掺杂和串联催化技术实现CO₂高效转化的重要性，展现了可持续生产多种C²⁺产品的巨大潜力。研究结果为开发新型催化剂、优化电解系统以及推动可再生能源技术的应用奠定了基础，未来可以进一步探讨不同催化剂组合的潜力，以及在工业规模上的应用可行性。

”Enhancing CO2 Electroreduction Precision to Ethylene and Ethanol: The Role of Additional Boron Catalytic Sites in Cu-Based Tandem Catalysts”

王红明教授简介：南昌大学教授、博士生导师，博士毕业于中国科学院大连化学物理研究所。研究方向为二氧化碳资源化利用与有机纳米光学肿瘤诊疗。入选赣江特聘教授、南昌大学香樟杰出教授、江西省青年科学家计划（江西杰出青年基金）、江西省双千计划高端创新人才。获得江西省自然科学奖二等奖两项（均排名第一），申请国家发明专利9项。主持了包括国家基金（四项）、江西省重大项目和江西杰青等9个项目。在Science, Chem, Angew. Chemie., Journal of Photochemistry and Photobiology C, Advanced Materials, Advanced Functional Materials等SCI期刊上发表论文160余篇，H指数54。

研究方向

二氧化碳资源化利用

CO2电催化还原(CO2RR)因反应的操作条件温和（常温常压）、可通过控制催化剂的种类和结构以及反应条件来实现对产物的选择性控制，被认为是有前景的高效利用 CO2技术中最有潜力的研究方向之一。CO2RR以可再生电能或富余核电等洁净电能为能源，可以在温和的反应条件下将CO2一步转化为甲酸、一氧化碳（CO、碳氢化合物和醇类 等高附加值化工原料及化学品，将CO2“变废为宝”，同时实现洁净电能的有效存储。该方法不但可以降低大气中的 CO2含量，而且可以获得化学能源和高附加值的化学产物。

联系人：王红明 hongmingwang@ncu.edu.cn

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