近年来，随着化石燃料的过度开采和大量使用，CO2排放量的逐年增加，已经对人们赖以生存的生态环境造成了严重威胁。将CO2作为一种资源转化为可以利用的其它高附加值化学品，不仅可以减少碳排放，还能够实现资源的再利用。电化学还原能够在较为温和的条件下实现二氧化碳的还原转化，其反应过程可控，反应单元简单，常温常压便可进行反应，反应产物绿色可循环，引起了学术界和工业界的广泛关注。电解水制氢是一种廉价高效的生产氢气的方式，能够为燃料电池等绿色能源形式提供氢能，而其效率和成本受制于Pt催化剂的使用和阳极的氧析出反应（OER）较大的过电势的影响。而OER和CO2还原耦合则可构成人工光和作用的装置。因此，设计开发对OER和CO2还原具有高效催化活性的双功能催化剂具有重要的意义。近日，内华达大学的Christopher J. Barile等人通过在碳衬底上电沉积氧化亚铜(Cu2O)和镍，构建了一种用于CO2还原和析氧反应(OER)的双功能电催化剂。通过改变镍的时电位沉积时间，可以在Cu2O上得到不同厚度的镍。在-0.89 V和-1.89 V（vs. RHE）下进行了电化学CO2还原，发现甲酸盐和CO是两个主要产物。Cu2O上的镍包覆层厚度在700 nm左右时，甲酸盐的法拉第效率最高，为18%，而Cu2O的法拉第效率最高仅为7.9%。甲酸盐Faradaic效率的提高是由于Ni和Cu2O之间的协同效应，这是因为暴露的双金属位点数量的大大增加，促进了CO2的还原。该电催化剂产生的电流密度是之前使用Ni-Cu2O电催化剂催化OER的9倍。Ni-Cu2O薄膜同时催化OER和CO2还原的能力使它们能够被纳入具有双功能催化剂的双电极CO2转换装置中。在这种结构中，该装置生产甲酸盐和CO的法拉第效率分别为16.0%和19.7%。
Hanqing Pan; Christopher Barile. Bifunctional Nickel and Copper Electrocatalysts for CO2 Reduction and the Oxygen Evolution Reaction. Journal of Materials Chemistry A, 2019.
DOI: 10.1039/c9ta12055f
http://doi.org/10.1039/c9ta12055f
