电化学CO2还原（CO2RR）是一种利用可持续能源（风能和太阳能）将CO2转换为燃料和增值化学品的极有效策略。在众多CO2RR的电催化剂中，铜基催化剂是唯一可产生具有高C2+产品法拉第效率的催化剂。因此，人们进行了大量的实验和理论研究来确定Cu上C2+产物的反应途径，并找到使这些产物的FE最大化的方法，同时最大程度地减少C1产物和H2的形成。
近日，美国劳伦斯伯克利国家实验室Alexis T. Bell报道了脉冲电解对通过CO2RR形成的C2+产物在铜阴极上的分布的影响，铜阴极是平面电极的水电解质电池的一部分。
文章要点
1）催化剂是溅射在聚四氟乙烯(PTFE)膜表面的一层铜膜，通过该膜对CO2RR产物进行采样，并用差示电化学质谱(DEM)进行分析。为了避免催化剂形貌的变化，阴极电位设置为-0.8 V和-1.15 V vs RHE。
2）结果表明，当各电位持续时间为10 s时，析氢反应(HER)的法拉第效率(FE)最小， CO2RR的FE最大。此条件下，在-1.15 V电位下，HER的FE下降到11%，相对于静态电解的22%下降到11%；CO2RR的FE增加到89%，相对于静态电解的78%。
3）DEM对产物的时间分析（Temporal analysis）表明，当脉冲电解开始时，阴极附近的产物浓度开始同步变化时，C2H4的浓度随时间的延长而增加，而CO和H2的浓度随时间的延长而减少。研究人员将这些趋势归因于催化剂表面吸附的CO与H的比率的增加。脉冲电解模拟还表明，当阴极电压为-0.8 V 时，阴极附近电解质中CO2的局部浓度逐渐增加。进而可以在-1.15 V 期间进行电解，其CO2浓度高于静态电解所能达到的浓度。
Chanyeon Kim, et al, The Impact of Pulsed Electrochemical Reduction of CO2 on the Formation of C2+ Products over Cu, ACS Catal., 2020
DOI: 10.1021/acscatal.0c02915
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02915
