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【DFT+實驗】AEM:CuO-C60電催化CO2還原成C2+產(chǎn)物

【DFT+實驗】AEM:CuO-C60電催化CO2還原成C2+產(chǎn)物
在CO2電催化還原過程中,構(gòu)建Cu0-Cu+雙活性位點對C-C偶聯(lián)生成多碳(C2+)產(chǎn)物具有重要意義。然而,Cu基前驅(qū)體(Cu+等)很容易還原為Cu0,特別是在大電流密度下,因此開發(fā)一種簡單的Cu+穩(wěn)定方法來形成Cu0-Cu+雙活性位點非??扇〉哂刑魬?zhàn)性。
基于此,天津大學(xué)張兵教授和趙博航博士(共同通訊作者)等人報道了利用富勒烯(C60)作為穩(wěn)定Cu+位點的電子緩沖劑,通過氧化銅和C60前驅(qū)體的復(fù)合材料得到了由原位形成的Cu0-Cu+雙活性位組成的催化劑。
在366 mA cm?2的局部電流密度下,其提供高達61%的C2+產(chǎn)品法拉第效率(FE),在-1.4 V下Cu+位點具有良好的12 h耐久性。
【DFT+實驗】AEM:CuO-C60電催化CO2還原成C2+產(chǎn)物
通過DFT計算,作者分析了C60與Cu0之間的電子轉(zhuǎn)移。單個Cu模型中的Cu位點表現(xiàn)出Cu0的特征,CuOx模型中的氧結(jié)合Cu位點表現(xiàn)出Cu+位點的電荷密度特征。對比單Cu和CuOx中的Cu0和Cu+位點,Cu-C60模型中C60附近Cu位點的電荷密度體現(xiàn)了Cu+特征,驗證了Cu0-Cu+雙活性位點是通過緩沖作用形成。
此外,Cu0和C60的電荷密度差和平面平均電子密度差表明,所獲得的Cu+位點是由電子通過C60和Cu的界面從Cu轉(zhuǎn)移到C60引起的。結(jié)果表明,C60的電子緩沖作用可在還原條件下穩(wěn)定Cu+位點。
【DFT+實驗】AEM:CuO-C60電催化CO2還原成C2+產(chǎn)物
通過原位ATR-FTIR光譜發(fā)現(xiàn),隨著反應(yīng)時間的增加,CuO預(yù)催化劑上Cu+位點的肩峰逐漸減小,在-1.4 V施加電位約8 min時幾乎消失。對于CuO-C60,即使將頻譜采集時間延長到5 h,也可以觀察到Cu+的信號,實驗證實了C60的電子緩沖效應(yīng)和Cu+在CuO-C60上CO2ER過程中形成Cu0-Cu+雙活性位的穩(wěn)定性。
【DFT+實驗】AEM:CuO-C60電催化CO2還原成C2+產(chǎn)物
C60-Stabilized Cu+ Sites Boost Electrocatalytic Reduction of CO2 to C2+ Products. Adv. Energy Mater., 2023.

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