铜（Cu）催化剂用于电化学CO₂还原反应（CO₂RR）可显著提高多碳产物的选择性。表面刻面和结构效应在CO₂RR中起着关键作用。然而，人们关于这些表面机制知之甚少，在原子级平坦的Cu(hkl)单晶表面上原位识别痕量中间体是一项极具挑战性的任务，需要复杂的技术。

近日，厦门大学李剑锋教授，董金超利用原位拉曼光谱研究了Cu(hkl)表面的CO₂RR。

文章要点

1）研究人员在不同的Cu(hkl)表面上捕获了关键的CO₂RR中间物种的直接光谱证据，例如*CO₂^-、*COOH、*CO、*OCCO和*CH₂CHO，这通过¹³C和D₂O同位素替代实验得到了进一步验证。

2）基于原位Raman和DFT结果，研究人员证实了Cu(110)表面上的CO₂RR过程具有吸附的*CO的高表面覆盖率，这促进了*OCCO耦合结构和*CH₂CHO中间体的形成，进而可以产生C₂产物。然而，Cu(111)表面具有低的*CO覆盖率，因此被发现不利于*OCCO耦合结构的形成，因此主要仅产生CH₄产物。

3）此外，发现高浓度电解质或CO₂有效地增加了电极表面上的*CO覆盖，使得更容易产生C₂产物。因此，可以通过调节特定的晶体表面结构和电解质浓度来选择性地获得一些想要的C1或C2产物。

这些结果有助于人们重新考虑最近提出的CO₂RR反应机理，并指导选择CO₂RR电位和电解质配方，以更好地控制反应途径。

参考文献

Y. Zhao, X. Zhang, B. Nataraju, W. Yang, Q. Liang, P. Radjenovic, Y. Wang, Y. Zhang, J. Dong, Z. Tian and J. Li, Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D2EE01334G.

https://doi.org/10.1039/D2EE01334G.