CO2电化学还原（CO2RR）通常对甲烷、乙烯和乙醇有较高的选择性，很少观察到其转化为乙烷。目前乙烷生成的主要途径包括：预制乙烯在串联反应中的加氢反应和两个*CH3中间体（甲烷的前体），直接偶联形成乙烷。然而这些途径从根本上源于对两个精心设计的活性位点，以及对*CO质子化的高阻挡和对*CH3质子化的低阻挡，这将阻止乙烷的形成。此外，先前的乙烷生成的机理研究主要是通过简单的非原位产物分析来推断，而缺乏识别关键中间体的原位光谱证据。因此，需要进一步研究乙烷生成机理，以便设计更优的催化剂，并使其能够从二氧化碳中生产。
有鉴于此，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授，Yao Zheng报道了用几种模型化合物衍生的铜电催化剂，即碘化物衍生的铜(ID-Cu)和氧化物衍生的泡沫铜(OD-Cu)，研究了CO2转化为乙烷的机理。
文章要点
1）研究人员采用两步法制备了ID-Cu泡沫，该过程包括泡沫铜和碘在真空密封的安瓶中煅烧，然后进行电化学还原。SEM和TEM照片表明，均匀的CuI涂层转变为由具有直径约100 nm立方结构的Cu纳米颗粒组成的层状结构。XRD表明，其主要多晶铜相和一些氧化亚铜相。XPS的I-3D谱表明，ID-Cu在电化学还原和CO2RR后，存在碘物种，元素分析表明，样品的碘浓度约为1.4 at%，它均匀分散在整个ID-Cu中。合成的OD-Cu前驱体涂层由混合的氧化铜和氧化铜相组成，经电化学还原后在OD-Cu中转化为金属Cu0。
2）与OD-Cu相比，ID-Cu表现出更高的乙烷选择性和更有利的动力学特性。原位X射线吸附(XAS)和拉曼光谱(Raman)研究表明，在乙烷生产过程中观察到一个氧键的乙氧基中间体(*OCH2CH3)，是一个重要的中间体。由于铜晶格中存在微量的碘物种，该中间体在ID-Cu上表现出较好的稳定性。
该研究对设计乙烯和乙醇以外的产品具有选择性的铜基电催化剂提供了一种合理有效的策略。
Anthony Vasileff, Electrochemical Reduction of CO2 to Ethane through Stabilization of an Ethoxy Intermediate, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202004846
https://doi.org/10.1002/anie.202004846
