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科技研发

李剑锋、董金超研究团队原位拉曼光谱揭示Cu单晶表面CO2电还原反应过程

日期: 2022-08-26

    铜(Cu)催化剂用于电化学CO2还原反应(CO2RR)可显著提高多碳产物的选择性。单晶表面结构效应在CO2RR中起着关键作用。然而,人们关于这些界面机制知之甚少,在原子级平坦的Cu(hkl)单晶表面上原位识别痕量中间体是一项极具挑战性的任务,需要复杂的技术。近日,厦门大学李剑锋教授董金超研究团队利用原位拉曼光谱研究了Cu(hkl)表面的CO2RR。


    研究团队在不同的Cu(hkl)表面上捕获了关键的CO2RR中间物种的直接光谱证据,例如*CO2-、*COOH、*CO、*OCCO和*CH2CHO,这通过13C和D2O同位素替代实验得到了进一步验证。同时,基于原位Raman和DFT结果,证实了Cu(110)表面上的CO2RR过程具有吸附的*CO的高表面覆盖率,这促进了*OCCO耦合结构和*CH2CHO中间体的形成,进而可以产生C2产物。然而,Cu(111)表面具有低的*CO覆盖率,因此被发现不利于*OCCO耦合结构的形成,因此主要产生C1产物。此外,还发现高浓度电解质或CO2有效地增加了电极表面上的*CO覆盖,使得更容易产生C2产物。因此,可以通过调节特定的晶体表面结构和电解质浓度来选择性地获得一些想要的C1或C2产物。这些结果有助于人们重新考虑最近提出的CO2RR反应机理,并指导选择CO2RR电位和电解质配方,以更好地控制反应途径。 

    厦门大学李剑锋教授(国家杰出青年基金获得者)、董金超副教授(国家优秀青年基金获得者)为该论文的通讯作者。

全文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/EE/D2EE01334G#fn2

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