CO₂电还原生成高能量密度的C₂₊产物极具吸引力。然而，目前在工业电流密度下的C₂₊选择性仍不令人满意。

近日，中科大谢毅院士，孙永福教授报道了在Cu基催化剂表面修饰了一种防胀剂阴离子交换离聚体（AEI），成功实现了工业电流密度下高选择性获得C₂₊产物。

文章要点

1）以合成的AEI修饰的氧化物Cu片为例，傅里叶变换红外光谱证实了-N(CH₃)₃⁺基团的AEI均匀修饰了Cu片。原位拉曼光谱表明，-N(CH₃)₃⁺可以从体液中积累OH⁻，使催化剂表面的局部pH从10.2提高到11.39。

2）原位拉曼光谱和原位傅立叶变换红外光谱证实了COCO*和CO*是CO₂还原为C₂₊产物的关键中间体，而理论计算表明，提高局部pH值可以将速率决定步骤的COCO*氢化动能垒从0.08 eV降低到0.04 eV，从而有利于提高C₂₊产物活性。此外，通过控制催化剂上AEI的负载量，可以将催化层中的水分微调到2−6.55%的范围内，有利于抑制析氢副反应。

3）结果表明，AEI修饰的抗胀氧化物Cu纳米片用于电催化CO₂还原的C₂₊法拉第效率达到85.1%，其中在−0.78 V下C₂H₄的法拉第效率为65%，而在800 mA cm⁻²的超大电流密度下C₂H₄的半电池功率转换效率超过50%，优于已报道的大多数流动电池中的粉末催化剂。特别是，AEI的防胀改性使氧化物衍生的Cu纳米片对C₂₊的选择性比传统使用的PEI提高了4.25倍。

这项工作强调了阴离子交换离聚体在调节局部环境方面的重要性，以改善在工业电流密度下将CO₂电还原为C₂₊产品的情况。

参考文献

Yuan Zhao, et al, Industrial-Current-Density CO₂‑to‑C₂₊ Electroreduction by Antiswelling Anion-Exchange Ionomer-Modified Oxide-Derived Cu Nanosheets, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c02594

https://doi.org/10.1021/jacs.2c02594