Nature Catalysis：通过氟改性铜上的氢辅助C-C偶联将CO2电催化还原为乙烯和乙醇

     本文报道了一种氟改性的铜催化剂，在电催化CO₂还原装置中，该催化剂表现出1.6 A cm^-2的超高电流密度，其中C₂₊（主要是乙烯和乙醇）的法拉第效率高达80％。进一步发现，C_2-4产物的选择性和单循环收率分别达到85.8%和16.5%，超过了大量关于CO₂热催化加氢产C2-4产物的文献中的性能。揭示了在被吸附的CHO中间产物之间形成C₂₊的氢辅助C-C键耦合机制。而氟改性进一步增强了水活化，CO吸附以及被吸附的CO氢化成CHO中间体的能力，使得CHO中间体容易发生偶联。

电催化 能源 多相催化

将二氧化碳转化为燃料和化学物质可减轻化石资源的消耗并减少碳排放，因此具有巨大的潜力。由于这些产品在化学和能源行业中的多功能性，因此由CO₂合成乙烯和乙醇等多碳（C₂₊）产品具有很高的吸引力。传统的热催化CO₂加氢可以制得C₂₊湖和五，但一般需要较高反应温度和压力，且C₂₊产物分布宽，并有大量CO和CH₄生成。由于多相催化剂上不可控的聚合机理，控制C–C偶联是CO2热催化加氢的关键挑战。

使用可再生电力与水进行电催化还原二氧化碳（CO₂RR）为在环境条件下利用二氧化碳提供了有希望的途径。由于电催化CO₂RR的C-C偶联与热催化反应中的C-C偶联是通过不同的机理进行的，因此通过电催化CO₂RR可以更好地控制C₂₊产物。然而，有水参与的CO₂电催化还原过程中涉及水的活化和水产氢的竞争反应过程。通常，为了抑制水产氢，电催化还原CO₂中高CO₂还原法拉第效率的催化剂常常活性较低，C₂₊产物收率远低于传统的热催化CO₂加氢。因此，发展同时具有高活性和高选择性的新型催化剂和调控新方法是目前电催化还原CO₂研究的重点。

图1：电催化CO2RR性能

a. The FEs of C2+ products under different applied potentials over X–Cu catalysts in 1 M KOH.

b. The formation rates of C2+ products under different applied potentials over X−Cu catalysts in 1 M KOH.

c. The formation rates of C2+ products over the F–Cu catalyst in different concentrations of KOH.

d. A comparison of some typical electrocatalytic and thermocatalytic systems reported so far (see Supplementary Tables 2 and 3 for details). The squares and circles in Fig. 1d represent the electrocatalytic reactions conducted in an H-shape cell and flow cell, respectively. The triangles in Fig. 1d represent the thermocatalytic reactions. The experiments in each case were performed in triplicates and the results are shown as mean ± s.d.

文章链接:

Electrocatalytic reduction of CO2 to ethylene and ethanol through hydrogen-assisted C-C coupling over fluorine-modified copper

https://www.nature.com/articles/s41929-020-0450-0

老师简介:

王野

教授 国家杰出青年基金获得者

现任厦门大学教授。1986年南京大学本科毕业，1996年3月日本东京工业大学博士毕业。1996年4月-2001年4月先后在日本东京工业大学、东北大学和广岛大学任教，2001年5月起任广岛大学副教授，2001年8月起任厦门大学教授、博士生导师。2010年起任厦门大学催化研究所所长。2015年起任固体表面物理化学国家重点实验室主任。从事催化基础研究，主攻方向为C1化学和碳基能源催化，近期研究包括：C1分子活化和可控C-C偶联、C-H键活化和选择转化、生物质C-O/C-C键催化选择断键、光催化合成。研究成果在国际学术刊物发表研究论文近200篇，获授权发明专利18件。2004年入选教育部新世纪优秀人才支持计划，2006年获国家杰出青年科学基金，2010年获中国催化青年奖。2005-2012年任中国化学会催化委员会副主任，现任国际催化协会理事会理事、ACSCatalysis副主编以及Appl.Catal. A、J.Energy Chem.、中国科学：化学、催化学报等刊物编委。

信息来源：https://www.x-mol.com/groups/wangye/people/2944

张庆红

2005年获评厦门大学第六届青年骨干教师

2006年度入选福建省高等学校新世纪优秀人才支持计划

研究领域：

新型多孔催化材料和纳米催化材料的合成、表征和催化性能研究；杂多化合物的制备和选择氧化催化性能研究；有机分子的选择氧化及其催化基础。

信息来源：https://chem.xmu.edu.cn/info/1186/1279.htm

程俊

“闽江学者”特聘教授 （2015）

英国剑桥大学Emmanuel学院Junior Research Fellowship (2010-2013)

 期刊任职：

《电化学》第五届编委会副主编 （2017-2023）

研究兴趣：

计算电化学；动态表界面催化理论；从头算分子动力学；机器学习

信息来源：https://chem.xmu.edu.cn/info/1187/1253.htm