將CO2電化學還原(CO2RR)為CH4是實現對CO2進行資源利用并且達到“碳中和”目標的有效途徑之一。但是開發在合適電流密度下商業可用的高甲烷選擇性催化劑仍面臨巨大挑戰。
基于此，蘇州大學的彭揚和鐘俊、澳大利亞阿德萊德大學的焦研和上海理工大學的韓昇等人報道了一種獨特的核殼納米結構(Ag@Cu2O)的CO2RR催化劑，表現出高CH4選擇性。
作者將種子生長法和Ostwald熟化結合，合成類似于細胞結構的Ag@Cu2O納米催化劑(Ag@Cu2O-x NCs)，x表示Cu/Ag的摩爾比。Ag@Cu2O-x NCs的Cu2O殼層在CO2RR時會脫氧重構成為多晶金屬Cu(OD-Cu)，但仍完整包裹住Ag核心。
催化劑上CO2RR有兩種途徑，一是CO2→*COOH→*CO→*CHO→CH4，另一種通過串聯機制，首先由Ag核產生CO，然后在OD-C殼上氫化。通過調節Cu2O的包裹尺寸等幾何參數，進而調節OD-Cu上的CO通量，進一步調節表面*CO和*H的吸附，引導電催化CO2RR途徑。
對于最優的催化劑Ag@Cu2O-6.4 NCs，較低的*CO覆蓋可以穩定*CHO中間體，顯著提高了CH4的選擇性。其在-1.2 VRHE下的CH4FE為74±2%，局部電流密度為178±5 mA cm-2；在-1.3 VRHE下的CH4FE為72±3%，局部電流密度為214±9 mA cm-2。
Geometric modulation of local CO flux in Ag@Cu2O nanoreactors for steering the CO2RR pathway toward high-efficacy methane production. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202101741
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