Nature子刊：电化学CO还原过程中CuAg的结构演变！

第一作者：Di Wang，Hyun Dong Jung

通讯作者：汪磊，何迁，Shibo Xi，Seoin Back

通讯单位：新加坡国立大学，新加坡科技研究局，韩国西江大学

论文速览

理解电催化过程中催化剂结构的演变，对于未来催化剂设计的稳定结构/性能相关性至关重要。研究团队通过原位和非原位表征技术，探究了在电化学一氧化碳（CO）还原过程中Cu-Ag氧化物催化剂前驱体的结构演变。研究发现，均质氧化物前驱体在转化过程中形成了由非晶态Cu薄层包裹的小银纳米颗粒组成的双金属复合材料。这种非晶态Cu层由于其欠配位的特性，被认为是提高当前复合物催化剂催化性能的原因。

通过调节氧化物前驱体中Cu/Ag的比例，发现提高Ag浓度大大促进了液态产物的形成，同时抑制了副产物的生成。CO2/CO共供电解和同位素标记实验表明，进料中高CO浓度有利于多碳产品的形成。总之，本研究对Cu-Ag双金属系统在CO电还原中的见解，有望指导未来具有改进性能的催化剂设计。

图文导读

图1：CuAg样品在本文和参考文献中的法拉第效率(FE)，XEDS元素映射的制备和反应后Cu/Ag前驱体和催化剂，以及CuAg的相图。

图2：通过SEM图像展示制备的CuO (a-CuO) 和 Cu3Ag7 (a-Cu3Ag7) 前驱体以及反应后的CuO和Cu3Ag7样品的形态。

图3：CuO和CuAg样品的XPS和Operando XAFS光谱。

图4：CuO和不同Cu/Ag比例的CuAg催化剂在200 mA cm-2的COR期间的氢气、甲烷、乙烯、醋酸、乙醇和丙醇的FEs。

图5：不同进料气体比例下，Cu3Ag7和CuO催化剂上的氢气、CO、乙烯、醋酸、乙醇和丙醇的生产速率。

图6：非晶态Cu(a-Cu)的DFT计算。

总结展望

本研究揭示了CuAg氧化物前驱体在电化学CO还原过程中的结构演变，发现其转化为由非晶态Cu薄层包裹的小Ag纳米颗粒组成的双金属复合材料。这种结构的演变显著提高了催化剂对C2+产品的活性和选择性，特别是液态产物，如乙醇。

实验和理论计算结果表明，非晶态Cu层的欠配位特性是提高乙醇选择性的关键因素。此外，研究还发现，在CO2/CO共电解条件下，高CO浓度有利于多碳产物的形成。这些发现不仅为理解催化剂在电化学CO2/CO还原过程中的动态结构演变提供了见解，也为未来催化剂和催化系统的设计提供了指导。

文献信息

标题：Revealing the structural evolution of CuAg composites during electrochemical carbon monoxide reduction

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-49158-4