新型催化剂可促进二氧化碳转化为高附加值产物

华东理工大学材料科学与工程学院副教授刘鹏飞、副教授袁海洋、教授杨化桂团队，以氧化铜（CuO）纳米片为模型材料，探究了厚度对氧化物衍生铜（OD-Cu）残余氧的影响，为设计高效OD-Cu催化剂以实现二氧化碳（CO2）电还原制取多碳产物提供了重要理论依据，同时揭示了氧保留效应在CO2电还原反应过程对催化性能的影响机制。相关研究近日发表于《德国应用化学》。

电化学CO2转化制取绿色燃料和化学品，为缓解间歇性可再生能源存储提供了一种具有前景的解决方案，目前已有大量催化材料被开发用于将CO2转化为高附加值产物。铜基材料因其催化活性和选择性可调的结构特性，被广泛视为选择性制取多碳产物（C2+）的主要催化材料体系。在众多铜基催化剂中，OD-Cu因其对高价值C2+产物的优异选择性脱颖而出。

研究团队发现，当CuO纳米片厚度降至1.6 nm时，氧保留能力显著增强，在300-700 mA/cm2的宽电流密度范围内实现了约80%的C2+产物法拉第效率，并在700 mA/cm2条件下达到84.6%的C2+产物选择性峰值。

机制研究表明，随着氧脱除层数增加，工况还原过程中Cu-CuO结构的底层氧原子难以向外部扩散，这种特性有效促进了*CHO中间体形成以及后续的*OC-CHO偶联反应，进而提升了C2+产物选择性。重构堆叠的Cu-CuO纳米片结构具有强氧保留能力和易再氧化的金属铜位点，这种协同效应优化了OH-吸附和*CO富集，显著促进了C2+产物生成。

CuO预催化剂脱氧过程的理论模拟以及相应OD-Cu的反应路径计算，催化剂结构表征以及产物分布图。图片由研究团队提供

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