CO₂催化转化为高附加值化学品为降低CO₂排放提供一种经济合理的路线，其中一种具有前景的方式是电催化还原生成含有两个或者更多碳原子的有机小分子化合物。虽然人们发现Cu催化剂能够生成C₂₊有机化合物，但是CO₂催化反应的产物选择性通常难以调控。

最近人们发现脉冲电化学技术（驱动电催化反应的电势是动态变化，而非静止不变的电势）在电催化反应中表现更好的C₂₊选择性，但是人们对于Cu催化剂表面如何影响选择性仍并不清楚。近日，西湖大学杨汶醒等报道使用时间分辨表面增强拉曼光谱技术表征脉冲电化学还原CO₂反应。由于该研究具有重要意义，Nature Chemistry对该项研究总结与评述。

主要内容

（1）

杨汶醒等研究者使用随着时间变化的方波脉冲电极电势研究Cu催化CO₂还原反应。通过优化脉冲实现了92 %的C₂₊产物选择性（使用恒定过电势的电催化反应C₂₊最高只有~70 %），结果与目前文献报道的最好结果相一致。通过表征脉冲电催化前后的Cu催化剂表面，发现催化反应后Cu催化剂变得粗糙。虽然前人研究认为产物选择性的差异来自催化剂表面结构的不同，但是杨汶醒等研究者发现提高的C₂₊产物选择性是因为使用脉冲电极电势的原因。

（2）

通过拉曼光谱表征电化学脉冲前后Cu催化剂的表面结构。对关键中间体CO进行拉曼光谱表征，发现两个与CO有关的信号，电化学脉冲前后低频率CO信号消失，但是高频率CO信号增强，这个现象说明脉冲信号能够调节反应中间体物种。

进一步通过原位XPS光谱表征吸附物种的变化规律。氧化电化学脉冲信号在Cu表面产生氧化物，还原电化学脉冲却将氧化物还原为Cu。生成氧化物的数量与电化学脉冲信号的持续时间有关，时间更长的脉冲导致形成更少的氧化物。通过拉曼和XPS表征，说明Cu金属和Cu氧化物之间的比例在生成C₂₊的反应中具有最优值。此外，研究结果说明理解催化剂表面动态结构变化非常重要，而且这项研究结果为研究其他电催化过程提供帮助和指导，为发展调控电化学反应提供了一种新方法。

参考文献

Adam Weingarten, Taking copper’s pulse with Raman. Nat. Chem. 15, 1493 (2023)

DOI: 10.1038/s41557-023-01371-2

https://www.nature.com/articles/s41557-023-01371-2

Zhuofeng Li, Linqin Wang, Tao Wang, Licheng Sun, and Wenxing Yang*, Steering the Dynamics of Reaction Intermediates and Catalyst Surface during Electrochemical Pulsed CO₂ Reduction for Enhanced C₂₊ Selectivity, J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 37, 20655–20664

DOI: 10.1021/jacs.3c08005

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c08005