高效铜（Cu）基催化剂的设计是CO₂电还原为多种碳产品的关键。然而，目前大多数Cu基催化剂有利于乙烯生产，而具有高法拉第效率和电流密度的乙醇选择性生产仍然是巨大的挑战。金属有机骨架(MOFs)是一类含有金属和非金属物种的化合物，具有丰富的可调结构。目前，MOFs及其衍生物在CO₂还原、析氢反应、锂离子电池等领域得到了广泛的研究。

近日，中科院大连化物所汪国雄研究员、大连交通大学Qi Wang开发了一种简单的碳包覆策略，通过一锅热解铜基MOF，HKUST-1 (Cu₃(BTC)₂，Cu-BTC)来制备具有碳皮的CuO_x@C。

文章要点

1）高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像显示CuO_x@C覆盖有均匀的碳皮(约2 nm)。拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)结果表明，碳皮在CO₂RR过程中可以稳定Cu⁺物种，促进C-C偶联。拉曼光谱还表明，在低电流密度下，稳定的Cu⁺物种有利于CO的生成，而在高电流密度下，有利于C-C的耦合。

2）实验结果显示，CuOx@C催化剂用于电催化CO₂RR的乙醇法拉第效率达到46%，高于未涂碳的CuO_x催化剂(约31%)。令人印象深刻的是， CuO_x@C上的乙醇部分电流密度达到166 mA cm^-2，高于大多数文献报道的催化剂。

3）密度泛函理论(DFT)计算表明，丰富的Cu⁺物种主要通过促进CO的吸附来促进C-C偶联，表面碳皮可以有效地调节关键中间体*HOCCH通过加氢途径生成乙醇。

这项工作为提高CO₂RR中高电流密度下的乙醇法拉第效率提供了一种新的策略。

参考文献

Yipeng Zang, et al, Selective CO₂ Electroreduction to Ethanol over Carbon-Coated CuO_x Catalyst, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202209629

https://doi.org/10.1002/anie.202209629