发展高催化活性的电催化剂需要对催化剂和催化活性相关的氧化态、表面积、形貌动态变化过程进行测试。Cu的相关氧化物催化剂在电催化CO还原反应制备多碳有机分子中展现了较高的反应选择性，但是催化剂中Cu氧化物物种的具体作用机制仍没有很好的解释。劳伦斯伯克利国家实验室Walter S. Drisdell、加州理工大学Chengxiang Xiang等报道了通过operando X射线吸收谱、气相色谱结合，对催化剂催化活性/选择性随着催化剂中Cu氧化态的变化之间关系进行研究，具体通过CO气体池催化反应中对乙烯的选择性进行研究。通过自制的X射线吸收设备，作者对高电流密度（＞80 mA/cm²）中CO电催化还原反应中Cu的氧化态进行表征，作者发现Cu的氧化态和生成乙烯的过程无关。此外，作者对CO电化学还原反应和电化学表面积（ESCA）之间的关系进行研究，并且发现HER反应和ESCA有关，但是CO电催化还原并不与ESCA的变化成比例变化。非原位的测试过程结果显示，反应中对C₂H₄的选择性/活性变化可能和形貌变化并产生活性提高的催化位点有关。以上研究结果为发展Cu催化剂的重复利用提供了经验，实现在不将电催化反应器拆卸的条件中改善Cu催化剂的活性。

本文要点：

（1）

通过XANES数据和对应的催化反应产物分布进行对照，作者发现反应中对C₂H₄的选择性和产率随着Cu的氧化物还原为Cu⁰明显增加。通过电化学氧化处理，反应中CO还原反应活性得以改善。随后作者发现通过电催化氧化和电催化还原过程，产生了更高活性的Cu基催化剂物种；并且这种电化学氧化/还原处理，能够使催化剂的活性重新提高，并避免了将电化学反应器拆卸的条件中进行催化剂重生。该催化剂体系的设计有望在商业CO电催化还原中起到作用。

参考文献

Soo Hong Lee, Ian Sullivan, David M. Larson, Guiji Liu, Francesca Maria Toma, Chengxiang Xiang*, and Walter S. Drisdell*

Correlating Oxidation State and Surface Area to Activity from Operando Studies of Copper CO Electroreduction Catalysts in a Gas-fed Device, ACS Catal. 2020

DOI：10.1021/acscatal.0c01670

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01670