加州理工学院Jonas C. Peters教授、Theodor Agapie教授、Harry A. Atwater教授（美国工程院院士、Plasmonics领域开创者）等由于受到酸性电催化还原CO₂技术发展的启发，使用原位光谱表征较低pH改善CO₂RR的机理。

本文要点

（1）

通过ATR-SEIRAS光谱和荧光共聚焦扫描显微镜表征，说明碱金属阳离子（M⁺）在电催化CO₂还原反应中的作用。这项研究提供了非常重要的信息，发现电极的表面pH对CO₂还原反应产生的影响，分别研究是否有机层以及不同[M⁺]浓度的变化。

（2）

发现酸性电解液中，在合适的电流密度，能够使得CO₂还原反应在没有金属阳离子存在的时候发生。原位局部pH测试结果说明，需要耗尽局部[H⁺]才可以促进H₂O还原反应作为CO₂还原的竞争反应。增加[K⁺]浓度能够增加局部pH促进CO₂还原反应，但是需要质子消耗的速率足够快，使得pH值迅速升高。

Stark调谐测试和表面水分子结构分析的结果显示，随着[M⁺]增加，电场没有变化，并且界面水分子脱附，这表明CO₂还原反应性能的改善是通过抑制H⁺的传输以及改变界面溶剂分子结构实现的。原位pH测试的结果验证说明，随着[M⁺]的增加，局部pH升高，因此局部[CO₂]降低，这有助于人们发展其他调节质子传输的方法。作者证明，通过在位电沉积有机添加剂形成的有机薄膜提供了一种方法，可以在强酸（pH 1）和低阳离子浓度（≤0.1 M）下，在低电流密度或者高电流密度下都能够对氢气生成反应的选择性CO₂还原（FE_CO2还原 ≈ 65%）。

参考文献

Madeline H. Hicks, Weixuan Nie, Annette E. Boehme, Harry A. Atwater*, Theodor Agapie*, and Jonas C. Peters*, Electrochemical CO₂ Reduction in Acidic Electrolytes: Spectroscopic Evidence for Local pH Gradients, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c09512

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c09512