电化学二氧化碳还原反应（CO2RR）是实现可持续碳循环的一种有前途的策略。在各种CO2RR催化剂中，Cu是一种特殊的金属，可以催化C2以外的多碳分子的产生。在Cu催化的电化学CO2RR中，同时产生了多种化学物质，例如CO，CH4，C2H4和H2，这表明存在不同的反应途径并彼此竞争。尽管材料工程策略的目标是设计可产生C2+的催化剂，但尚不能很好地理解基本描述符的作用，即控制所需途径。
近日，韩国科学技术院Yun Jeong Hwang，韩国淑明女子大学Wooyul Kim报道了利用Operando ATR-SEIRAS对铜基催化剂上的CO2RR中间体进行了实时观察。首次对触发C1和C2路径中间体的动力学行为进行了精确监测。
文章要点
1）合成了电沉积Cu和Cu(OH)2衍生Cu，并分别用作C1和C2+活性催化剂和C2+活性催化剂。首次观察到一种动力学连接的二聚体中间体（*OCCO），并将其鉴定为触发C2+路径的中间体。
2）ATR-SEIRAS结果表明，C-C偶联完全是通过CO向*OCCO二聚进行，而*CHO是生成CH4的中间体。在实时测量中，CO的二聚化与CO的吸附同时发生(~5s)，而质子耦合还原向*CHO的动力学则较慢(~30s)。
3）研究发现，在破碎的Cu表面上*CO振动频率高的位置是CO快速二聚的潜在活性位点。
这项工作提供了对CO2RR途径的机理见解，有望指导设计高效的可产生C2+的催化剂。
Younghye Kim, et al, Time-resolved observation of C-C coupling intermediates on Cu electrodes for selective electrochemical CO2 reduction, Energy Environ. Sci., 2020
DOI：10.1039/D0EE01690J
https://pubs.acs.org/doi/10.1039/D0EE01690J
