將CO₂電化學(xué)還原(eCO₂RR)與可再生能源(如太陽(yáng)能、風(fēng)能和水能)耦合是解決嚴(yán)重氣候問題(如全球變暖)和生產(chǎn)高附加值化工原料以實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。在由eCO₂RR轉(zhuǎn)化的大量產(chǎn)品(例如甲酸鹽、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙醇和甲醇)中，CO具有較大的市場(chǎng)規(guī)模。

但是，雖然eCO₂RR轉(zhuǎn)化為CO具有在常溫常壓下進(jìn)行的優(yōu)勢(shì)，但是由于其具有比理論值更負(fù)的電位，會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性析氫反應(yīng)(HER)，這導(dǎo)致反應(yīng)的法拉第效率較低。因此，開發(fā)一種更有利于催化CO₂RR而不是HER的高效電催化劑是解決這一問題的關(guān)鍵。

近日，中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所楊軍、陳東和燕山大學(xué)王靜等通過理論計(jì)算驗(yàn)證了由Ag和Pd原子組成的系綜位點(diǎn)可以通過減弱CO吸附或增強(qiáng)COOH吸附來降低電催化CO₂還原反應(yīng)過程中產(chǎn)生的*COOH和*CO中間體的能隙，這對(duì)于CO脫除或活化CO₂以及促進(jìn)eCO₂RR是有利的。

隨后，研究人員并在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上報(bào)道了一種制備細(xì)粒徑AgPd合金納米粒子的策略，以協(xié)同系綜效應(yīng)和尺寸杠桿作用來提高電催化CO₂還原反應(yīng)中CO的法拉第效率。

性能測(cè)試結(jié)果顯示，AgPd合金納米粒子在Ag/Pd原子比為35/65時(shí)(Ag₃₅Pd₆₅)，在?0.8 V_RHE的電位下獲得了最大的CO法拉第效率為98.9%和5.1 mA cm^-2的CO部分電流密度；同時(shí)，該催化劑具有長(zhǎng)達(dá)25小時(shí)的耐久性，并且穩(wěn)定性測(cè)試后在碳載體上的粒子分散和粒度分布只有輕微的變化，優(yōu)于最近報(bào)道的大多數(shù)Pd基電催化劑。

總的來說，該項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了通過原子系綜對(duì)活性位點(diǎn)的調(diào)控，為合理設(shè)計(jì)新型高效電催化劑提供了一種實(shí)用的方法。

Fine AgPd Nanoalloys Achieving Size and Ensemble Synergy for High-Efficiency CO₂ to CO Electroreduction. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307444