界面微环境

具有重构氢键网络的自组装单层界面可增强CO2电还原

二氧化碳电解是一种很有前景的减少二氧化碳排放并同时获得高价值多碳（C2+）产品的方法。除了电催化剂在电化学二氧化碳还原反应（CO2RR）中的关键作用外，反应微环境也是影响这些催化剂催化性能的另一个关键因素。本文提出了一种具有重构氢键网络的自组装单分子层（SAM），以形成高效的三相界面，从而实现物质传输和离子-电子转移。该方法通过将氟化自组装单分子层（F-SAM）和硅氧烷共组装在商用铜催化剂上（Cu@F-Si复合催化剂）来实现。分子动力学模拟（MDS）和界面物种分析表明，F-SAM有效地促进了二氧化碳的物质传输，而硅氧烷氢键网络则维持了理想的H+/e−转移路径。结合密度泛函理论（DFT）计算，该策略揭示了优化*H/*CO覆盖度提高C2+产物选择性的机制。最终，Cu@F-Si催化剂在502.5 mA cm−2的高电流密度下保持了超过85%的C2+法拉第效率（FE），并在≈300 mA cm−2的电流密度下稳定运行超过100小时。这种界面工程策略为提高CO2还原反应（CO2RR）效率提供了一种有前景的解决方案，并有望在多相催化体系中得到更广泛的应用。