使用可再生能源的電化學二氧化碳還原反應（CO
2RR）生產有價值的多碳（C
2+）產品是一種有前景的碳減排方法。在這項工作中，提出了一種利用磷（P）優(yōu)異的質子傳輸和電子結構修飾能力來增強含氫中間體形成的新策略。為了實現這一目標，提出了一種原位電沉積方法來制備P摻雜Cu催化劑。研究發(fā)現電沉積電位顯著影響P-Cu催化劑的結構和催化性能。具體而言，在- 0.5 V vs. Ag/AgCl 下獲得的催化劑對 C
2+ 產物表現出卓越的 CO
2RR 性能，在 H 型池中，催化劑在40.4 mA cm
-2下實現了 ~ 80.2 % 的法拉第效率 (FE)。此外，該催化劑表現出至少12小時的穩(wěn)定性。實驗和密度泛函理論（DFT）研究表明，P優(yōu)異的質子傳輸能力可以顯著降低氫化過程的自由能，并且可以改善Cu與碳不成對電子的相互作用，從而實現優(yōu)異的吸附Cu 的中間體能力和 C
2+ 產品的高 FE。
Fig 1. (a) CuP-0.5 V 的制備過程和樣品示意圖。(b) SEM 圖像、(c) TEM 圖像和 (d) CuP-0.5 V 的 HR-TEM 圖像。吸附在 ( e) Cu(111) 和 (f) P 摻雜 Cu(111)。負電荷和正電荷分別用黃色和青色表示。(g) CuP 和 Cu 的 DOS 模式。
Fig 2. (a) XRD圖譜； (b) 放大的 XRD 圖案； (c) Cu LMM 的 XPS； (d) 在不同電位下電沉積樣品的 P 2p 的 XPS；(e) 銅箔、Cu-0.5 V、CuP-0.5 V、Cu
2O 和 CuO 的歸一化 Cu K 邊緣 XANES 光譜； (f) 在不同電位下電沉積樣品的相應 k
3 加權 FT-EXAFS 譜。
Fig 3. (a) CO
2 飽和電解質中 Cu-0.5 V 和 CuP-0.5 V 以及 Ar 飽和電解質中 CuP-0.5 V 的 LSV； (b)不同電位下CuP-0.5 V上的FE和部分電流密度； (c) 在不同電位下電沉積 CuP-xV 的 FE 和部分電流密度； (d) 不同電位下電沉積 Cu-0.5 V 的 FE 和部分電流密度。 (e) Cu-0.5 V 和 CuP-0.5 V 的 EIS。(f) CuP-0.5 V 的 FE
C2 和電流密度穩(wěn)定性。
Fig 4. (a) COOH*、(b) CHO*、(c) OCCHO* 在 P-Cu(111) 上的吸附模型。中間體沿反應坐標的結合自由能，遵循 (d) Cu (111) 和 (e) P 摻雜 Cu (111) 上形成 OCCO*、OCCOH* 和 OCCHO* 的三種途徑。 (f) 中間體沿反應坐標向 Cu (111) 和 P 摻雜 Cu (111) 上的 OCCHO* 結合的自由能，其中 * 表示催化劑表面上的活性位點。
相關研究工作由華東師范大學Wei Xia、Haihong Wu和 Buxing Han課題組于2023年聯合在線發(fā)表在《Chem. Eng. J.》期刊上，Boosting promote C
2 products formation in electrochemical CO
2 reduction reaction via phosphorus-enhanced proton feeding，原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147735
轉自《石墨烯研究》公眾號
