电催化CO₂还原（CO₂RR）制多碳产品是解决能源危机、实现碳中性的一种极有前景的途径。目前，为了提高铜基催化剂多碳产品的效率，一般需要优化CO吸附和降低C−C偶联能垒。

基于此，中南大学蒋良兴教授，Min Liu，慕尼黑大学Emiliano Cortés比较了有序铜纳米针阵列(CuNNAs)和无序(随机排列) CuNNAs用于电催化CO₂RR生成C₂产物的效率和选择性。

文章要点

1）研究人员首先对有序CuNNAs和无序纳米针结构（CuNNs）的电场分布进行了有限元模拟。取向均匀的纳米针阵列可以极大地增强纳米针尖端的局部电场，有利于K₊的吸附和聚集。

2）密度泛函理论（DFT）计算表明，在较高的电场和K⁺的作用下，*CO在Cu活性中心的吸附较强，从而降低了C−C偶联的能垒。进一步的结构分析表明，由于纳米针体表面的CO₂和电子浓度较低，垂直纳米针阵列排列抑制了HER副反应。

3）CO₂RR性能测试表明，与无序随机排列的CuNNAs相比，有序CuNNAs具有更高的C₂选择性和更低的H₂选择性。

这项工作为纳米针结构诱导的针尖局部电场的进一步CO₂RR应用提供了新的视角。

参考文献

Yajiao Zhou, et al, Vertical Cu Nanoneedle Arrays Enhance the Local Electric Field Promoting C₂ Hydrocarbons in the CO₂ Electroreduction, Nano Lett., 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04653

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c04653