將二氧化碳 (CO2) 電化學還原為乙醇是減緩全球變暖和資源利用的有前景的策略。然而，由于 C─C 耦合和多次質子-電子轉移的復雜性，CO2 到乙醇的轉化仍然是一個巨大的挑戰，具有低活性和選擇性。本文報道了一種 P 摻雜的石墨烯氣凝膠作為 CO2還原制乙醇的自支撐電催化劑。在 -0.8 VRHE 下實現了 48.7% 的最高法拉第效率 (FE) 和 70 小時的長期穩定性。同時，可以獲得 14.62 μmol h
-1 cm
-2 的出色乙醇產率，優于大多數報道的電催化劑。原位拉曼光譜表明吸附的 *CO 中間體在 CO2 到乙醇的轉化中的重要作用。此外，密度泛函理論計算揭示了乙醇形成的可能活性位點和最佳途徑。 P摻雜的石墨烯鋸齒形邊緣增強了*CO中間體的吸附，增加了*CO在催化劑表面的覆蓋率，促進了*CO的二聚化，促進了EtOH的形成。此外，P摻雜石墨烯氣凝膠的分層孔結構暴露了豐富的活性位點并促進了質量/電荷轉移。這項工作為設計用于 CO2 電還原液體產品的無金屬催化劑提供了創造性的見解。
Figure 1. a）合成過程的示意圖。 b) SEM 圖像，c) TEM 圖像（插圖 HR-TEM 圖像），和 d) PGA-2 的 EDS 映射。 e) XRD 圖案和 f) 所有樣品的 P 2p 的高分辨率 XPS 光譜。
Figure 2. a) 所有樣品在 CO2 飽和的 0.5 M KHCO3 溶液中測試的 LSV 曲線。所有產品在 b) PGA-1、c) PGA-2 和 d) PGA-3 上的不同電位的 FE。 e) EtOH 產率與不同催化劑的比較。 f) PGA-2 的穩定性測試。 g) PGA-2 在 H 池和流通池中測試的 LSV 曲線。 h) EtOH FE 和流動池中 PGA-2 的產率。
Figure 3. a) PGA-2 上 CO2 飽和的 0.5 M KHCO3 溶液中的電位依賴性和 b) 時間依賴性原位拉曼光譜。
Figure 4. *CO 與基本板之間局部電荷密度差異的俯視圖和側視圖 a) P1@ZZG 和 b) P2@ZZG （左圖沒有等值面，右圖有等值面。黃色和藍綠色代表電子的積累和耗盡。等值 = 0.001；顏色代碼：P，紫色；H，白色；O，紅色；C，棕色）。 c) 在 U = 0 V 時，在 P2@ZZG 上將 CO2 還原為 EtOH 的三種可能反應途徑的自由能圖
相關研究工作由南昌大學Jun Wang課題組于2022年在線發表于《Advanced Science》期刊上，原文：Phosphorus-Doped Graphene Aerogel as Self-Supported Electrocatalyst for CO
2-to-Ethanol Conversion。
