第一作者：张子宁
通讯作者：汤静、Yusuke Yamauchi
通讯单位：华东师范大学、昆士兰大学
论文DOI：10.1002/anie.202511704
本工作探究了串联催化剂体系中（Cu、Ag/Cu、Pd/Cu、Au/Cu）*CO中间体在不同界面电场强度下的吸附能力，据此设计合成了三种自进化串联催化剂。研究结果表明，Pd/Cu催化剂具有较低的C2+法拉第效率源于其较高的反应能垒和低催化活性；Au/Cu催化剂具有较高的CO选择性与*CO中间体和Au/Cu中Cu位点较弱的吸附能有关；Ag/Cu催化剂具有较低的反应能垒和适中的*CO吸附能力从而提高了的多碳产物选择性。随着界面电场强度的增加，虽然*CO的迁移能力有一定的削弱，但对于多碳产物的选择性而言，增强的*CO吸附能力仍占据着主导地位。
电催化CO2还原利用电力驱动CO2转化为高附加值化学品，对于绿色能源结构的转型具有重要意义。多碳化学品（C2+），如乙烯、乙醇、丙醇等由于其高附加值而备受关注。然而如何获得高选择性和大电流密度的C2+产物仍然面临着诸多挑战。对于Cu基催化剂而言，*CO中间体的低覆盖率不利于C-C偶联从而降低了C2+的选择性。复合串联元素、自进化缺陷工程和增强界面电场是提高Cu基催化剂*CO覆盖率的重要方法。如何结合上述方法提升*CO覆盖率从而提高C2+择性仍然面临着重要挑战。
(1) 本工作探究了串联催化体系中（Ag/Cu、Pd/Cu、Au/Cu），*CO在不同界面电场强度下的吸附能力，原位拉曼和计算结果表明，随着界面电场强度的增加，*CO吸附能力逐渐增强。
(2) 本工作研究了*CO在串联催化剂体系中的迁移能力，结果表明，随着界面电场强度的增加，虽然*CO的迁移能力有一定的削弱，但对于多碳产物的选择性而言，增强的*CO吸附能力仍占据着主导地位。
(3) 通过原位XAFS、原位ATR-IR等测试，监测和揭示了真实电还原CO2过程中自进化串联催化剂的结构和组成。
图1. 串联催化剂（Cu、Ag/Cu、Pd/Cu, Au/Cu）中*CO中间体在不同电场强度下的吸附能力的计算。结果表明，随着界面电场强度的增加，*CO的吸附能力逐渐增强，*CO在Au/Cu的吸附能力远弱于Cu、Ag/Cu、Pd/Cu。
图2. 串联催化剂的制备和表征。通过水热法和原位CV电还原法成功制备了CuO、Ag/CuO、Pd/CuO、Au/CuO纳米片预催化剂和Cu、Ag/Cu、Pd/Cu、Au/Cu纳米颗粒目标催化剂。
图3. Cu、Ag/Cu、Pd/Cu和Au/Cu串联催化剂在不同电位下的自进化过程及性能。结果表明，Cu、Ag/Cu、Pd/Cu、Au/Cu在电催化CO2还原过程中配位数几乎不变。
图4. Ag/Cu、Pd/Cu和Au/Cu串联催化剂的电化学测试和迁移机制探究。结果表明，随着界面电场强度的增加，*CO的迁移能力逐渐减弱。
图5. Cu，Ag/Cu、Pd/Cu和Au/Cu串联催化剂CO2电还原机制探究。原位拉曼结果表明，随着界面电场强度的增加，*CO的吸附能力逐渐增强。吉布斯自由能结果表明，相比于纯Cu结构，串联元素的复合降低了反应能垒，Pd/Cu的反应能垒高于Ag/Cu、Au/Cu。
本工作探究了串联催化剂体系中*CO中间体在不同界面电场强度中的吸附和扩散行为，研究结果表明，在Ag, Pd, Au串联催化剂体系中，随着界面电场强度的增加，虽然*CO的迁移能力有一定的削弱，但对于多碳产物的选择性而言，增强的*CO吸附能力仍占据着主导地位。该研究不仅为串联催化体系中*CO中间体的吸附和迁移行为增添了新视野，并为今后设计多组分串联催化剂体系提供了重要指导思想。
Behavior Regulation of *CO over Self-Evolution Tandem Catalysts under Tuned Interfacial Electric Field Boosts CO2 Electroreduction
汤静，华东师范大学化学与分子工程学院研究员，入选国家级青年人才。2013年本硕毕业于南京航空航天大学，2013-2018年在日本早稻田大学和日本材料物质研究所留学，在材料化学、纳米制造、电化学应用相关领域发表（共同）第一作者和（共同）通讯作者论文67篇（其中高被引论文15篇），包括Nat. Chem., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., ACS Nano, Chem. Sci., Nano Energy等，全部SCI引用次数超过18000次，H-指数63，2020-2024连续五年入选科睿唯安（Clarivate Analytics）全球高被引学者，2020年至今担任Chemical Engineering Journal 编辑。
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