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?中科大Nat. Commun.: 低配位Cu增強Cu/Cu2O整流界面效應(yīng)，實現(xiàn)CO2-多碳醇轉(zhuǎn)化

電化學(xué)CO₂還原(CER)生產(chǎn)增值化學(xué)品和燃料是應(yīng)對日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境危機的有效策略。由于C₂₊醇具有廣闊的市場潛力和高能量密度，因此成為CER的熱門產(chǎn)品。雙相Cu/Cu₂O催化劑由于對*CO有較高的吸附傾向性，而且C-C或C₂-C偶聯(lián)的能類較低，在合成C₂₊醇方面具有良好的性能。然而，由于碳氫化合物中間體的不穩(wěn)定性和Cu氧化狀態(tài)變化，Cu/Cu₂O催化劑在抑制C₂H₃O*的解吸和提高醇的產(chǎn)量方面面臨重大障礙。因此，需要制定可行的策略來修飾改性Cu/Cu₂O以保持Cu基催化劑氧化狀態(tài)和提高CO₂性能。

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)章根強課題組以Cl摻雜的氧化亞銅(Cl-Cu₂O)和純Cu₂O為前驅(qū)體，通過原位電化學(xué)重構(gòu)策略調(diào)制了Cu中心配位環(huán)境，在Cu/Cu₂O界面上構(gòu)建低配位Cu中心并誘導(dǎo)非對稱電子擾動和更快的電子交換，從而促進C-C偶聯(lián)和*CO-COH與C₂H₂O*中間體加氫生成C₂₊醇。

理論計算和實驗結(jié)果表明，低配位Cu_L/Cu₂O催化劑提高CER性能的幾個要素為：首先，Cu_L/Cu₂O催化劑內(nèi)部的低配位和不對稱電子聚集是其界面區(qū)快速電子交換和增強中間體吸附的主要原因；此外，Cu⁺/Cu⁰的優(yōu)良電導(dǎo)率和電荷差促進了C-C或C-C₂偶聯(lián)的親核或親電加成反應(yīng)過程。

最重要的是，在增強的界面上，Cu⁺離子與Cu之間的快速電子轉(zhuǎn)移會引起晶格收縮，從而抑制了負責(zé)穩(wěn)定Cu⁺離子化學(xué)價的剩余氧原子的損失；而Cu/Cu₂O區(qū)域保證了氧烴中間體的順利吸附和解吸，以及偶聯(lián)行為。還有就是，電化學(xué)重構(gòu)Cl-Cu₂O產(chǎn)生了大量的氧空位和殘余Cl缺陷，為吸附的中間體提供了豐富的自由電子和錨定點。

這些結(jié)果共同作用于低配位Cu_L/Cu₂O Mott-Schottky催化劑，顯著提高C₂₊醇的選擇性。具體而言，C₂₊醇的法拉第效率和能量效率分別達到64.15%和39.32%，并表現(xiàn)出50 h以上的穩(wěn)定性(J= 200 mA cm^-2，F(xiàn)E>50%)。

Low-coordinated copper facilitates the *CH₂CO affinity at enhanced rectifying interface of Cu/Cu₂O for efficient CO₂-to-multicarbon alcohols conversion. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-49247-4

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