在电化学CO2还原反应（CO2RR）中，高碱性电解质具有促进高值C2+产物生成的潜力，但其在实际应用中面临着与电解液强烈吸附CO2生成碳酸盐的挑战。
近日，浙江大学陆盈盈研究员，莱斯大学汪淏田教授，Thomas P. Senftle报道了一种简单的界面工程策略，以避免上述促进碳-碳耦合和强二氧化碳吸收之间的困境。
文章要点
1）与传统的无机碱(如氢氧化钾[KOH])不同，研究人员在Cu催化剂表面涂覆不溶于水的有机超碱分子，以改变电解质和催化剂界面处的微环境，提高C2+产物的选择性，同时在本体电解质中保持中性pH值，以避免碱性溶液吸收CO2。高碱性超碱分子通过中和反应在CO2RR中Cu/电解质界面捕获质子，形成质子化的有机超碱。这些质子化的有机超碱分子在CO2RR中作为正电荷调制器，可以稳定C-C耦合过程的关键中间体与局部增强的静电场。
2）结果表明，用有机超碱，例如1,8-双(二甲氨基)萘)（DMAN，又称“质子海绵”）改性的铜催化剂，在中性电解质中C2+/C1比值比纯铜提高了20倍，C2+的最大催化效率为80%。C2+部分电流大于270 mA cm-2。
3）研究人员利用计算模拟，包括分子动力学(MD)与反应力场(ReaxFF)和密度泛函理论(DFT)，揭示了超碱分子如何改变吸附的*CO分子周围的表观电场的细节。模拟结果表明，在反应环境中，质子化的有机超级碱位于靠近负极表面的位置，进而产生局部静电场，使*CO稳定在铜表面。这促进了生成C2+产物所需的C-C偶联反应步骤。
参考文献
Fan et al., Proton sponge promotion of electrochemical CO2 reduction to multi-carbon products, Joule (2021)
DOI：10.1016/j.joule.2021.12.002
https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.12.002
