含氧的Cu在CO₂还原反应C-C偶联反应中得以广泛的研究，这种含氧Cu催化剂体系中存在着稳定性等问题，并且研究者对催化反应过程中催化剂的变化过程并不了解。华中师范大学邱明、余颖，休斯顿大学任志锋等制备了一种具有多级孔道结构、纳米晶界的含氧Cu催化剂，显示出在电化学CO₂制备乙烯的反应中非常高的活性，在中性电化学反应过程中，在44.7 mA cm^-2的电流密度中实现了45 %的法拉第效率。对比结果显示，生成乙烯部分的电流密度是不含氧Cu电极的26倍，是商业泡沫Cu电极的116倍。特别重要的一点是，作者对催化剂中的催化活性/结构之间的关系通过实验和计算模拟进行理解，对CO₂还原反应给出了更深的理解。作者通过相关表征发现，高活性催化剂表面上生成了Cu₄O，这种结构在达到-1.00 V中仍然稳定。密度泛函理论研究结果显示，这种含氧的电极对CO的吸附和二聚反应有促进作用，并促进了电化学生成乙烯的过程。本文中的研究结果为CO₂电化学反应中从设计电极出发提高反应中乙烯的选择性给出了相关经验。

本文要点：

（1）

电极制备。泡沫Cu在36 %的浓HCl中清洗1 min除去氧化物层，随后在超声氛围中分别用丙酮/乙醇/去离子水分别清洗5 min。清洗干净的泡沫Cu在5 ℃中的NaOH/(NH₄)₂S₂O₈溶液中浸泡30 min，随后清洗得到表面上负载Cu(OH)₂纳米线的Cu电极。随后在180 ℃空气氛围中加热1 h，Cu(OH)₂转化为CuO，并在CO₂饱和的0.5 M KHCO₃溶液中电化学还原处理，得到深红色的电极。

（2）

作者发现在Cu表面引入亚稳态的Cu₄O、Cu₈O能够在富氧环境中稳定存在，电极中的孔道结构能够对将反应物限域并产生梯度性的扩散，并且在电化学反应过程中为CO₂反应提供大量反应物。

参考文献

Wei Zhang, Chuqiang Huang, Qin Xiao, Luo Yu, Ling Shuai, Pengfei An, Jing Zhang, Ming Qiu*, Zhifeng Ren*, and Ying Yu*

Atypical Oxygen-bearing Copper Boosts Ethylene Selectivity toward Electrocatalytic CO2 Reduction, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI：10.1021/jacs.0c01562

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c01562