在酸性电解质中电催化二氧化碳还原反应（CO₂RR）生成多碳产物（C₂₊）是解决当前气候和能源危机的最先进途径之一。然而，竞争性析氢反应（HER）和对有价值的C₂₊产物的选择性差是这些技术升级的主要障碍。阴极表面的高局部钾离子(K+)浓度可以抑制质子扩散并加速所需的碳-碳(C-C)偶联过程。然而，钾盐在本体溶液中的溶解度限制限制了反应位点可达到的最大K⁺浓度，从而限制了大多数电催化剂的整体酸性CO₂RR性能。

近日，中南大学Min Liu, Junwei Fu，慕尼黑大学Emiliano Cortés在具有铜导电层的聚四氟乙烯 (PTFE) 基底上制备CuNNs 催化剂。

文章要点

1）CO₂RR 性能在流通池中进行测试，选择 pH = 1 的 3 M KCl 溶液作为电解质。有限元模拟（COMSOL）证明，高曲率Cu纳米针结构会产生强大的局部电场，促进K+在催化剂表面的积累。

2）在3 M KCl电解液中，CuNN表面的局部K+浓度可高达4.22 M，这大大超过了KCl在本体电解液（3.5 M）中的溶解极限。此外，证实富含 K⁺ 的局部环境降低了 C-C 耦合的能垒。因此，CuNNs 催化剂在酸性电解质（pH = 1）中，在 1400 mA cm^-2 下，对 C₂₊ 产物实现了 90.69±2.15% 的法拉第效率，超过了迄今为止报道的酸性 CO₂RR 的效率。在CO₂流量为7 sccm时，单程碳效率（SPCE）达到25.49±0.82%，超过中性电解液中100% C2H4选择性的最大理论值25%。

这项工作为提高强酸性电解液中高电流密度下C2+的选择性提供了新策略。

参考文献

Xin Zi, et al, Breaking K⁺ Concentration Limit on Cu Nanoneedles for Acidic Electrocatalytic CO2 Reduction to Multi-Carbon Products, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309351

DOI: 10.1002/anie.202309351

https://doi.org/10.1002/anie.202309351