CO₂/CO 活化

酸性介质中铜表面CO2还原的界面扩散-反应耦合策略

在酸性介质中利用二氧化碳电还原反应生成多碳(C2+)产物已引起广泛关注，被认为是一种替代传统中性或碱性溶液中电还原工艺的有效方法。传统工艺通常由于阴极上碳酸氢根离子的积累而导致单程转化效率低下。然而，目前酸性介质中的二氧化碳转化效率仍不尽如人意。本文开发了一种强极化层覆盖的铜催化剂，并将其作为酸性介质中二氧化碳还原反应(CO2RR)的电极。该强极化层是一种sp3杂化、富含氮(sp3-N)的薁基聚合物，它作为路易斯碱，能够促进二氧化碳在亥姆霍兹平面内的扩散动力学。这种独特的电极在200 mA cm−2的电流密度下实现了近84%的C2法拉第效率，并展现出超过40小时的长期稳定性，创下了酸性介质中CO2RR的最高纪录。原位实验表明，适度的薁极化sp³杂化氮富集微环境可以提高双电层局部CO₂/H₂O比，从而进一步稳定顶位结合的关键中间体*CO。理论计算表明，强极化层降低了C-C偶联反应的能垒。本研究不仅揭示了通过调控sp³杂化氮富集微环境来增强强偶极矩单元的作用，而且还提供了一种界面扩散-反应耦合策略，即通过强极化聚合物修饰多晶铜来提高CO₂还原反应的选择性。