黄昱教授Nat Catal：高效稳定的阶梯状铜表面促进CO2电化学还原为C2H4- 大数跨境

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黄昱教授Nat Catal：高效稳定的阶梯状铜表面促进CO2电化学还原为C2H4

科学材料站

2020-09-12

导读：该工作通过电化学活化具有{100}表面Cu纳米线的预生长，成功制备出具了有高活性台阶状表面的CuNWs。该催化剂可高效地将CO2电化学还原为C2H4。该工作表明在原位条件下设计催化剂表面以获得高反应

文章信息

高效稳定的阶梯状铜表面促进CO2电化学还原为C2H4

First published: 07 September 2020

第一作者：Chungseok Choi

通讯作者：黄昱，William A. Goddard III

单位：加州大学洛杉矶分校加州理工学院

研究背景

开发高效电催化剂用于二氧化碳还原反应（CO2RR）制备高附加值燃料和化学品，在减少由于人类活动引起的CO2排放的同时，也为可再生能源储存提供了一条可行的途径。Cu是将CO2还原为碳氢化合物或含氧物的有效催化剂，但其受到低产品选择性和长期稳定性有限的严重困扰。

文章简介

近日，加州大学洛杉矶分校黄昱教授，加州理工学院William A. Goddard III在国际顶级期刊Nature Catalysis (影响因子：30.471) 上发表题为“Highly active and stable stepped Cu surface for enhanced electrochemical CO2 reduction to C2H4”的研究工作。该工作通过电化学活化具有{100}表面Cu纳米线（CuNW）的预生长，成功制备出具了有高活性台阶状表面的CuNWs。

该催化剂可高效地将CO2电化学还原为C2H4。该工作表明在原位条件下设计催化剂表面以获得高反应性、高选择性和高稳定性是一种有效的方法。

要点解析

要点一：本文通过原位电化学活化具有{100}表面的预生长CuNWs来制备具有高活性台阶表面的Cu纳米线（CuNWs）。

要点二： 电化学CO2RR研究表明，该催化剂具有非常高的C2选择性以及高C2H4法拉第效率（FE）（FEC2H4>70%），并且在~200 h内具有极高的稳定性。

要点三： 高C2H4选择性归因于CuNWs具有独特的台阶状位点的独特表面结构。DFT研究表明，在CO2RR条件下，Cu(511)面[3(100)×(111)]的台阶状面在热力学上优于Cu(100)或Cu(111)面，这解释了长时间下的实验所观察到的催化剂长期稳定性。计算结果还显示，与C2相比，C1路径的势垒更高，Cu(511)面上的HER较缓慢，这导致对C2H4的选择性大大提高。

文章链接

Highly active and stable stepped Cu surface for enhanced electrochemical CO2 reduction to C2H4

https://www.nature.com/articles/s41929-020-00504-x

通讯作者介绍

黄昱教授，加州大学洛杉矶分校教授、博士生导师

1999年本科毕业于中国科学技术大学，2003年博士毕业于哈佛大学，同年在劳伦斯-利弗莫尔国家实验室、麻省理工学院进行博士后研究。2006年就职于加州大学洛杉矶分校，现任教授、博士生导师、加州纳米研究所研究员。她当选材料学会会士（MRS Fellow）和皇家化学学会会士 (RSC Fellow)。在Science、Nature、Nature Mater.、Nature Nanotechnol.、Nature Chem.、Nature Commun.、PNAS、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等国际顶尖杂志发表研究论文100余篇。

曾获世界前100年轻创新者奖、斯隆奖、美国总统青年科技奖、国防高等研究计划署青年教授奖、美国国立卫生研究院创新奖, 国际电化学学会实验电化学奖，国际贵金属学院Carol Tyler奖等奖项。黄昱主要从事纳米材料研究，利用生物分子识别材料能力控制材料形态与合成。