电化学二氧化碳还原反应是将二氧化碳废物转化为燃料和增值化学品的一种很有前途的方法。尽管已经确定了大量材料对电催化CO₂RR制甲酸具有活性，但其在一个或多个方面都存在不足，包括活性，选择性，耐用性和成本。铜是一种优异的CO₂RR电催化剂，其选择性产生CO、乙烯和乙醇等不同的产物。然而，除非用另一种元素如S或Sn进行修饰，否则Cu对CO₂RR为甲酸盐没有选择性。

近日，耶鲁大学王海梁教授报道了十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）赋予Cu在电化学CO₂RR合成甲酸盐方面具有前所未有的催化活性和选择性。

文章要点

1）采用电化学还原法制备了8 nm尺寸的CuO纳米颗粒，并在此基础上原位制备了Cu催化剂。将催化剂负载在碳纤维纸上，在CO₂饱和的0.5M KHCO₃水电解质中进行测试，表现出具有电位依赖性的产物选择性。

2）在电解质中添加CTAB后，氧化物衍生的Cu催化剂相对于可逆氢电极（RHE），在-0.5 V的电极电势下，甲酸的选择性超过80％（所有选择性值均基于FE）。在此电位下，CTAB的存在使CO₂到甲酸盐的转化率提高了56倍。

3）利用原位拉曼光谱研究，研究人员首次鉴定了CO₂电还原条件下未改性铜表面上的HCOO*反应中间产物。在反应条件下，CTAB通过在Cu位上的竞争吸附，加速了限制HCOO*的脱附过程，促进了CO₂RR生成甲酸盐。

Zixu Tao, et al, Activating Copper for Electrocatalytic CO₂ Reduction to Formate via Molecular Interactions, ACS Catal., 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02237

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02237