二氧化碳（CO₂）还原反应（CO₂RR）生产增值化学品和燃料是实现绿色和可持续化学和能源的必要步骤。环境条件下电化学CO₂RR作为一种有前景的选择性CO₂RR途径已经得到了广泛的研究。

近日，兰州大学席聘贤教授，美国布朗大学孙守恒教授，香港理工大学黄勃龙教授报道了一种基于铁磁性Co纳米片（NSs）的新型催化剂，用于选择性电化学CO₂RR为乙醛，CH₃CHO。

文章要点

1）CoCl₂和肼在160 ℃下水热反应5 h，然后在甲酰胺中剥离聚集的Co NSs，合成的Co NSs可在甲酰胺或乙醇中分散。研究发现，这些Co NSs具有六方紧密排列（hcp）结构，在室温下具有铁磁性。它们也具有热稳定性，只能在900 °C转变为面心立方（fcc）结构。

2）在电化学还原条件下，hcp Co NSs催化CO₂RR主要生成乙醇（CH₃CH₂OH）和和次要产物甲醇（CH₃OH）（fcc Co NSs的活性和选择性要低得多）。在−0.4 V（vs.RHE）下，乙醇的法拉第效率（FE）达到60%（乙醛、乙醇和甲醇的总FE为82%）。

3）密度泛函理论(DFT)计算表明，hcp和fcc Co NSs具有固有的电活性差异，这是由层内电子转移能力和表面振荡强度引起所致。通过层内电子转移，CO₂在hcp Co NS表面比在fcc Co NS表面更容易被吸附和活化，这不仅促进了[OC−CO]*偶联，而且还抑制了偶联中间体对乙烯的完全加氢，实现C₂中间体向乙醛的可控还原。

这项研究为设计用于选择性CO₂RR的过渡金属催化剂提供了新的方向。

参考文献

Jie Yin, et al, A New Hexagonal Cobalt Nanosheet Catalyst for Selective CO₂ Conversion to Ethanal, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c06877

https://doi.org/10.1021/jacs.1c06877