将二氧化碳（CO₂）转化为有价值的含碳化学品和燃料对于社会可持续发展至关重要。利用金属纳米结构催化CO₂的电化学还原是近年来研究的热点。根据反应物种与金属表面间歇结合能的不同，不同组成的金属纳米颗粒对CO₂还原反应（CO₂RR）表现出不同的活性和选择性。尽管Au和Ag纳米颗粒具有很高的催化选择性，但相应的电化学CO₂RR通常需要较高的阴极电位，这导致较低的能量转换效率。通过控制金属纳米粒子的大小，形状和组成，以开发高性能的CO₂RR催化剂。

近日，美国天普大学孙玉刚教授报道了定量研究一种具有特定类型的缺陷晶界上的CO₂RR催化活性，即通常存在于许多具有面心立方(FCC)晶格的金属纳米结构(例如，纳米立方体和纳米线)中的孪晶界（TBE）。

文章要点

1）研究人员首次测定了整个CO₂RR、CO生成和CH₄生成在{100}表面以及TBE和单晶界（SCE）上的原子比活性(即一个原子产生的平均电流)。

2）尽管合成的Ag NWs中的TBE和合成的Ag NCs中的SCE存在形位公差圆度，但TBE原子和SCE原子对电化学CO₂RR的比活性约为16 aA/原子，比{100}表面原子的比活性（即约0.1 aA/原子）高两个数量级以上。

3）TBE的高催化活性实验结果与DFT计算结果一致，在DFT结果显示，CO₂形成COOH *的质子化步骤（即速率确定步骤）在TBE上比在{100}表面更加容易。

Hu et al., Quantifying Electrocatalytic Reduction of CO2on Twin Boundaries, Chem (2020)

DOI：10.1016/j.chempr.2020.07.026

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.07.026