Angew：超穩(wěn)定的a-CuTi@Cu催化劑電還原CO₂為多碳液體燃料

人工碳循環(huán)可將CO₂作為原料生產(chǎn)燃料物質(zhì)，有助于人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。由于液體燃料的高能量密度及其儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)陌踩裕瑢?/span>CO₂高效轉(zhuǎn)化液體燃料的能力被認(rèn)為是理想的碳轉(zhuǎn)化路線。

然而，將CO₂電還原為多元碳(C₂₊)能源燃料仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。普遍認(rèn)為*CO是生成多元碳產(chǎn)物的關(guān)鍵中間體，通過(guò)調(diào)整催化位點(diǎn)的電子密度可以穩(wěn)定*CO中間體，并促進(jìn)C-C偶聯(lián)及C₂₊能源燃料的生成。

近日，佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院的胡飛教授、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的熊宇杰教授、江俊教授、和西安石油大學(xué)的孔婷婷教授合作，通過(guò)設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種以非晶態(tài)CuTi合金為基底，以納米Cu為表面的超穩(wěn)定銅基催化劑(a-CuTi@Cu)，該電催化劑可將CO₂還原為多元碳(C_2-4)液體燃料，總的C_2-4法拉第效率最高可達(dá)約49%。

亞表面的Ti在調(diào)節(jié)電催化劑的電子結(jié)構(gòu)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。通過(guò)理論模擬和原位表征，證實(shí)了從Ti到Cu的電子轉(zhuǎn)移，增加了Cu位的電子密度。這使電催化劑具有較高的氧親和力，穩(wěn)定Cu(I)氧化物。Cu(I)位點(diǎn)允許價(jià)帶電子參與CO吸附，有利于C-C偶聯(lián)的二聚和三聚。同時(shí)，DFT理論模擬計(jì)算還表明，亞表面Ti有助于提高碳氧化合物的選擇性。最終，該催化劑實(shí)現(xiàn)了CO₂選擇性轉(zhuǎn)化為多碳液體燃料（乙醇、丙酮、丁醇），并且該電催化劑具有超長(zhǎng)穩(wěn)定性，三個(gè)月未發(fā)生明顯衰退。該工作引入無(wú)活性的亞表面Ti元素，調(diào)節(jié)表面催化劑位點(diǎn)的碳轉(zhuǎn)化行為，為解決碳轉(zhuǎn)化多碳液體燃料并提高催化劑穩(wěn)定性提供了一種新策略。

該論文以佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院為第一單位，胡飛教授為第一作者，發(fā)表于化學(xué)類(lèi)頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie International Edition》（影響因子15.336）。